泥石流源地土体应力应变特性对降雨响应过程的分析——以蒋家沟泥石流为例

根据对蒋家沟泥石流源地的崩塌、滑坡、散流坡,在旱季与雨季不同时段,降雨入渗后的土壤含水状况观测,以及泉水季节性变化,详细分析了泥石流源地崩塌、滑坡、散流坡土体的应力应变特性对降雨的响应过程差异.在雨季滑坡临空面和滑坡体内的土体含水量分别为6.67%、4.8%,滑坡活动主要是通过前缘剪出口崩塌方式补给下方沟床.崩塌体由于土体结构极为松散,在雨季该土体含水量通常高达8.85%～16%,使其土体的抗剪强度(C、φ)处于极限应力状态,一旦遇到降雨浸润和冲刷,迅速触变液化,转化为高浓度泥石流的侵蚀产沙过程.     

蒋家沟泥石流堆积体的抗剪强度试验

泥石流堆积体的抗剪强度指标包括内擦角φ和凝聚力C。φ、C值是泥石流防治工程设计中的重要参数,影响着防治工程建筑物的投资费用和运行安全性。目前国内外对泥石流堆积体抗剪强度试验的文献尚不多见。因此在泥石流防治工程设计中,多沿引水工等有关资料或凭经验采用。为了进一步探讨泥石流堆积物的抗剪强度指标,1985年夏,在泥石流暴发频率较高的云南东川蒋家沟,进行了泥石流堆积体的抗剪强度试验。     

大柴旦盐湖采卤区地层剖面盐渍土基本类型及其抗剪强度试验研究

选取柴达木盆地大柴旦盐湖采卤区作为试验区,对区内地层剖面盐渍土的基本类型进行划分,即通过测定Na+、Mg2+、Cl-等易溶盐离子的方法,得出区内采卤区地层剖面盐渍土的主要类型是以亚氯盐渍土为主。在此基础上,对盐渍土进行扰动试样的室内直剪试验研究,以获取抗剪强度指标粘聚力c值与内摩擦角φ值。试验结果表明,该区盐渍土的含盐量由地表开始向下呈逐渐降低趋势,即由地表的6.89%降到地下4.5 m处的1.11%。粘聚力c值主要受试样含水量大小的影响,表现出随着含水量的增加,粘聚力c值呈降低现象,即当含水量由19.8%上升至23.3%时,粘聚力c值由35.4 k Pa下降至24.9 k Pa,下降率约为29.7%;而当含水量由23.3%下降至17.4%时,粘聚力c值则由24.9 k Pa上升至34.1 k Pa,上升率约为36.9%。内摩擦角φ值则受试样粒径影响相对较为明显,随着试样中粘粒含量的增多,粗粒含量相对减少,内摩擦角呈逐渐增大的趋势,即由24.1°上升至33.3°,增加率约为37.3%。随着试样中含盐量的增加,粘聚力c值和内摩擦角φ值均呈线性增加趋势。该研究成果将有助于进一步探讨含水量、颗粒大小以及含盐量对盐渍土试样抗剪强度变化的影响,且对区内盐田及其相应的基础设施建设有一定的理论指导意义。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)和无脉苔草(Carex enervis C.A.Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明:(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65 g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38~19.19 k Pa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95 k Pa,内摩擦角φ值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为,芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草和素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

基于核磁共振技术的结合水含量对重塑黄土抗剪强度影响试验研究

重塑黄土抗剪强度对黄土重大工程的长期稳定与安全有着极其重要的影响,然而,由于传统测试方法的限制,对于结合水与抗剪强度之间关系的认识并不充分。本文基于无损、可靠、精确与便捷的核磁共振技术,针对不同含水率的重塑黄土开展了结合水发育特征与重塑黄土抗剪强度的试验研究。利用结合水与自由水的冰点不同,寻找二者的核磁共振信号界限—T_2截止值,然后获取不同含水量直剪试样的核磁共振驰豫曲线,最后结合快剪试验分析结合水含量与土体抗剪强度的关系。试验结果表明:(1)重塑黄土内结合水含量随含水量的上升而增多,且增长趋势逐渐变缓,结合水所占比例也在不断地下降。(2)当土体内含水量增大时,并不会单独发育某一赋存状态的水,而是在某个含水率区间内主要发育某一种赋存状态的水。(3)重塑黄土中结合水的增加会导致粘聚力的降低,对内摩擦角没有明显影响。重塑黄土试样内结合水主要是通过削弱土体的粘聚力从而降低黄土土体抗剪强度,且土体内结合水含量与粘聚力c值及抗剪强度大小呈线性负相关。本文研究成果可为非饱和黄土边坡与高填方工程的稳定性计算等方面提供技术支持与理论参考。     

基于边坡离心模型试验的砂土表观粘聚力研究

非饱和素砂试样的抗剪强度规律与其完全饱和或完全干燥时不相同。然而,关于含水量对离心试验条件下砂土边坡稳定性影响的研究尚未见任何报道。针对离心试验条件下不同含水量的砂质边坡稳定性的差异性,提出了低含水量砂土的表观粘聚力问题。采用TLJ-150A型土工离心实验机对由福建标准砂组成的含水量或坡角不同的四个边坡模型进行了对比试验,通过数值模拟反演了砂土抗剪强度参数,提出了基于土水特征曲线的砂土表观粘聚力计算公式和离心试验条件下的砂土表观粘聚力计算方法,并通过算例进行了部分验证。试验表明:各边坡模型均呈浅表层崩塌,对应的失稳破坏离心加速度值分别为24.6g(含水量5%,坡角75°)、35.2g(含水量2%,坡角65°)、44.3g(含水量5%,坡角65°)和40.0g(含水量8%,坡角65°);从离心实验结束后的边坡模型中取样进行直剪试验验证了抗剪强度反演值,相对误差不超过13%。研究表明:非饱和砂土抗剪强度的改变是由表观粘聚力引起的,表观粘聚力在一定程度上取决于基质吸力的大小,砂土表观粘聚力最大值与土水特征曲线拟合参数及有效内摩擦角有关。由离心试验获取的砂土表观粘聚力与水体质量、土体含水量和破坏g值成正比,与收缩膜周长和曲率半径成反比。     

柴达木盆地大柴旦盐湖区盐生植物根-土复合体力学强度试验研究

本文以柴达木盆地大柴旦盐湖区作为试验区,分别筛选出5种优势盐生植物,即海韭菜(Triglochin maritimum Linn.)、芦苇(Phragmites australis Trin.)、赖草(Leymus secalinus Tzvel.)、毛穗赖草(Leymus paboanus Claus.)、无脉苔草(Carex enervis C. A. Mey.)作为试验供试种,分别对5种盐生植物根-土复合体试样和不含根系素土试样进行了室内直接剪切试验和三轴压缩试验,对比了不含根系素土试样与根-土复合体试样的抗剪强度指标;在此基础上,评价了5种盐生植物根系增强土体抗剪强度作用。试验结果表明：(1)当含水量和密度值分别为29.01%和1.65g/cm3时,5种盐生植物根-土复合体试样的抗剪强度指标粘聚力c值为10.38kPa-19.19kPa,且显著大于素土试样的粘聚力c值5.95kPa,内摩擦角 值未表现出变化规律;(2)相对于不含根系的素土试样,由直剪试验和三轴试验得到的5种盐生植物根-土复合体试样的粘聚力增长幅度分别为16.8%~108.7%、19.2%~113.6%;(3)由直剪试验与三轴试验结果表明,区内5种盐生植物根-土复合体试样抗剪强度大小变化顺序表现出一致的规律性,即由大至小依次为：芦苇、海韭菜、赖草、毛穗赖草、无脉苔草、素土。该项研究结果为区内进一步开展盐生植物增强土体抗剪强度机理等方面的研究具有理论研究价值和实际指导意义。     

塔克拉玛干沙漠砂工程性质试验研究

塔克拉玛干腹地沙漠砂具有特殊的岩土工程性质。在对沙漠砂室内大中型槽原位模拟试验和现场原位试验的基础上,建立了静力触探、标准贯入指标和沙漠砂密实度、抗剪强度间的经验关系,并且将部分经验公式表格化。研究结果表明: 已有用标准贯入指标Ｎ值估计砂土密实度的标准用于评价沙漠砂时会得出较保守的估计;另外沙漠砂内摩擦角与相对密实度和含水量的关系密切,内摩擦角随相对密实度的增加而增大,非饱和砂内摩擦角随相对含水量的增加而增大。     

不同水力路径下非饱和粉质土的破坏与变形特性

通过压力板仪、temple仪和直剪仪对非饱和粉土经过脱湿之后和不同含水量状态分别进行抗剪强度试验研究。试验结果表明:如果采用净应力来描述,非饱和土的有效粘聚力随着含水量的增大而减小,或随着基质吸力的增大而增大,但有效内摩擦角基本保持不变。当饱和度相同时,经过脱湿之后的土体有效粘聚力较大,反映出滞回效应。如果采用有效应力来描述,抗剪强度曲线则归一化为一条临界状态线,而与含水量大小和水力路径无关,从而证明了采用有效应力的合理性与有效性。在修正剑桥模型基础上,将饱和度和基质吸力作为内变量,提出屈服强度的硬化函数,建立渗流与变形耦合模型,从而可以考虑前期降雨历史对非饱和土边坡稳定性的影响。     

黄河源区高寒草地根—土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布关系

植物类型及土壤营养元素含量等因素随植物群落演替而发生规律性变化,并影响植物根-土复合体抗剪强度。本文选择黄河源区高寒草地,开展植物根-土复合体直接剪切试验及土壤营养元素含量测试,分析区内不同植物群落根-土复合体抗剪强度与土壤营养元素分布之间的关系。结果表明:区内草地沿剖面线方向分布4种植物群落类型,即:高山嵩草-矮嵩草群落、高山嵩草-异针茅-垂穗披碱草群落、青藏苔草+藏嵩草群落和藏嵩草群落;土壤营养元素含量总体表现出由边坡高海拔位置向低海拔位置逐渐增大的变化特征,有机质含量在坡顶相对最小为59.48 g·kg~(-1),在坡底最大可达178.13 g·kg~(-1),增加值为117.65 g·kg~(-1);植物根-土复合体黏聚力c值随边坡海拔降低而逐渐增大,即坡顶位置为21.70 kPa,至一级阶地位置达到最大为34.87 kPa;进一步研究表明,区内根-土复合体抗剪强度与营养元素含量间存在一定程度相关关系,即营养元素含量相对较高位置处其植物根系相对较发达且密集分布,其根-土复合体抗剪强度亦相对较大。研究结果对于科学有效地防治黄河源区高寒草地水土流失、浅层滑坡等现象,具有理论研究价值。     

干湿循环作用下加砂对红土抗剪强度及微结构特性的影响

本文通过直剪试验、干湿循环试验和数理统计分析相结合的方法,研究干湿循环条件下,加砂比例变化对云南红土抗剪强度及微结构特性的影响,为云南红土在实际工程中的应用提供参考。结果表明:(1)当干湿循环次数一定时,随加砂比例的增大,红土内摩擦角非线性增加,黏聚力非线性减小;抗剪强度呈减小-增大-减小的波动变化趋势,且在加砂比例约10%左右存在极大值。(2)当加砂比例分别为0、5%、10%和15%时,随干湿循环次数的增加,红土内摩擦角降幅依次为22.8%、30.9%、19.9%、32.6%;黏聚力降幅依次为26.6%、29.2%、17.3%、37.7%;抗剪强度降幅依次为:23.6%、25.6%、18.7%、28.2%。红土颗粒数量降幅依次为35.7%、28.1%、22.7%、20%;孔隙率增幅依次为40.4%、36.5%、28.9%、23.6%;孔隙面积增幅依次为50.8%、42.9%、35.5%、30.7%。(3)干湿循环与加砂会改变红土微结构,其中定向度与定向分维数两个微结构参数与红土黏聚力的变化关系较为紧密;平均圆形度、孔隙面积、孔隙率等微结构参数对内摩擦角的影响较为显著。这些微结构参数与红土黏聚力和内摩擦角均为负相关,相关系数最高为-0.972,最低为-0.928。干湿循环、加砂比例对红土微结构及抗剪强度有显著影响。     

某工程场地花岗岩残积土抗剪强度与标贯试验校正击数线性相关分析探讨

通过对从化地区工程勘察资料的整理,运用数理统计方法,对花岗岩残积土抗剪强度c、Φ值与标贯试验校正击数进行线性相关分析,从而建立线性相关经验公式模型,为该土层抗剪强度参数取值提供一种思路。     

古尔班通古特沙漠砂的物理力学性质

野外勘察和大量物理力学性质试验结果表明,古尔班通古特沙漠砂的厚度一般小于200m。粒径较均匀,控制粒径(d₆₀)变化范围在0.12~0.25之间,由北至南,从上到下砂粒直径略有减小。在天然状态下,沙漠砂含水量1%~2%,干密度1.55~1.62g·cm^-3,中密状态,低压缩性,渗透系数2.0×10^-2~4.0×10^-3cm·s^-1,临界破坏比降0.9~1.7,破坏形式为流土。抗剪强度指标c=5.0~14.0kPa,φ=29°~34°。承载力特征值100kPa。天然状态的沙漠砂按冻胀率划分为不冻胀性砂,当含水量小于18%时,为不冻胀或弱冻胀性砂。当砂在饱和状态时为冻胀性砂。沙漠砂力学性质的变化主要受干密度和含水量的影响。干密度越大,含水量越小,其力学性质越好。对于沙漠工程,提高沙漠砂的干密度,做好构筑物的防渗排水,避免地基含水量增高,是保证工程设施安全、正常运行的关键。     

毛乌素沙地南缘人工植被区生物结皮发育特征

防沙治沙和生态修复工程实施之后,有植物定植的沙丘表面广泛发育了生物结皮。揭示不同类型人工植被与生物结皮发育特征之间的关系对受损荒漠系统的生态修复具有重要的参考价值。采用野外调查的方法,对毛乌素沙地南缘沙区不同类型人工植被区(羊柴Hedysarum mongdicum、小叶杨Populus simonii、沙柳Salix psammophila+羊柴、紫穗槐Amorpha fruticosa和沙地柏Sabina vulgaris)生物结皮厚度、抗剪强度、总盖度及分盖度进行了测定。结果表明:不同类型人工植被区生物结皮发育特征表现出较大差异,小叶杨样地生物结皮厚度、抗剪强度和总盖度均显著高于其他类型人工植被区(P<0.05),羊柴、沙柳+羊柴样地生物结皮的盖度较低。分盖度的调查结果表明,小叶杨样地生物结皮以藓类结皮为主,其余样地则以藻类结皮为主。生物结皮盖度随植被盖度的增加而减少,随表层(0~5cm)土壤含水量的增加而增加。小叶杨的建植有利于生物结皮的扩殖,沙柳行带间栽植羊柴则不利于生物结皮的发育。     

滑坡滑带土抗剪强度的确定方法

滑坡滑带土的抗剪强度在滑坡稳定性计算和抗滑工程设计中是一个重要的参数。其值正确与否,影响着滑坡验算和抗滑设施的安全,由此而引起人们的极大关注。本文主要概述滑带土强度参数的某些确定方法和指标选择问题,供同行们参考。有关滑带土残余强度的详细论述巳有专文,此处略作提及。     

北极地区海雾数值模拟及其电波衰减研究

北极地区气候恶劣,但提供了北美洲、欧洲北部和亚洲北部国家之间最短交通往来路径,因此具有重要的战略地位。北极航行需要气象、导航、通讯、雷达等方面的保障,北极海雾降低了海上能见度,会使航行船只迷失方向造成搁浅、碰撞等重大事故,并引发大气波导超视距、毫米波严重衰减等电波传播现象。本文根据全球再分析数据,基于适合北极地区的中尺度大气数值模式,通过改进Noah陆面过程方案、长波辐射方案(RRTMG方案)等设置,成功模拟了我国第四次北极考察期间在北冰洋遇见的某次浓雾及其演变发展,并基于米氏(Mie)散射和瑞利(Rayleigh)散射理论评估了其对毫米波和远红外波段上的单位距离衰减值。对于毫米波段两代表频率(频段高低端100 GHz和30 GHz),在频率30 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大逐渐增大,但变化平缓;在频率100 GHz,单位距离衰减值随海雾含水量增大迅速增大。对于红外波段两代表波长(波段高低端0.1 cm和50μm),在波长0.1 cm,单位距离衰减值随海雾含水量逐渐增大但变化平缓;在波长50μm,衰减值随海雾含水量增大迅速增大,单位距离衰减值可迅速增大到几百dB·km     

红粘土土质边坡乔木根-土复合体剪切试验

为研究雨林乔木类树种的根系存在对红粘土土质边坡的加固效果,并从根系形态、几何特征方面研究其加固机理,选取海南热带雨林地区常见的四类直根系乔木树种进行现场大型剪切试验和根系实地统计,获取不同深度下根-土复合体的剪应力与位移关系曲线,并取相应的原状土进行室内直剪试验,将现场剪切试验条件下测得的根-土复合体抗剪强度与室内素土抗剪强度进行比对,计算出不同根-土复合体土体抗剪强度增长率,最终得出在现场原位条件下,四类树种根系中小叶榄仁根-土复合体抗剪强度的增长率最大,其次是重阳木根系和凤凰木根系,非洲楝根系最差;对于四类树种来说都存在一个最优根土面积比,使得根系能最大限度地发挥自身提高土体抗剪强度的作用。     

降雨对泥石流源地土体活动的指数式放大效应

多数泥石流是从坡面活动开始的.坡面的不稳定土体活动,如崩塌、滑坡等,既是泥石流的物质来源,也决定着泥石流的形成方式和规模变化.四川汶川牛圈沟和北川魏家沟泥石流源地坡面人工降雨实验表明,坡面土体活动是间歇、涨落的随机过程,崩塌的时间间隔随着降雨强度的增大呈指数减小,每组实验中的崩塌总数目和雨强的关系如N=CN exp(kN IR);崩塌规模随着降雨强度的增大呈指数增大,每组实验中平均崩塌量与雨强的关系如M=CMexp(kM IR);坡面崩塌的总量可以表示为:V=NM=CNCM exp((kN+kM)IR);受土体颗粒粒径的影响,不同坡面崩塌量随雨强变化的参数不同,研究揭示了大规模泥石流的形成是由于源地土体活动强度随雨强的指数式增强.     

黄土高原西部黄土工程物理性质及其成因

根据甘肃东部11个剖面黄土微结构、湿陷系数、凝聚力的测定和西安刘家坡剖面孔隙测定, 研究了黄土孔隙度、湿陷性、抗剪强度及颗粒成分在垂向上的变化规律和成因。结果表明, 孔隙度高、湿陷强和抗剪强度弱的层位是风化成壤弱的黄土层, 孔隙度低、湿陷弱和抗剪强度大的层位是红色古土壤或风化成壤强的黄土层。黄土地层工程物理性质在垂向上具有波动变化特征。第四纪冷干与温湿气候的交替和由此产生的成壤过程变化, 是造成黄土地层工程物理性质波动变化的根本原因。黄土湿陷性是在干旱与半干旱地区弱的成壤过程中产生的, 是草原地带灰黄色土壤具有的特征。在不同地区, 湿陷性黄土分布深度存在差别。干旱区分布深度比湿润区大。在干旱区, 强湿陷黄土分布深度可达12m, 中等湿陷黄土可达17m, 弱湿陷黄土可达20m以上。     

黄土丘陵林地土壤侵蚀与土壤性质变化

以黄土丘陵子午岭土壤侵蚀和生态环境观测站1989~1998年的观测资料为基础,研究分析了林地开垦10年内土壤侵蚀与生态环境变化的相互效应关系。分析指出:林地开垦人为改变侵蚀环境,引起的人为加速侵蚀速率为自然侵蚀速率的1000倍以上;以单位降雨侵蚀力引起的侵蚀量作为衡量指标,指出林地开垦地土壤侵蚀强度随侵蚀年限增长呈递增加剧趋势;通过分析土壤物理力学性质表明,林地开垦侵蚀10年土壤粘粒和物理性粘粒比林地分别减少2.74%和3.01%,土壤向粗骨化趋势发展,>0.25 mm水稳性团粒含量减少58.7%,土壤容重增大,抗剪强度下降,抵抗径流冲刷能力减弱,造成土壤侵蚀更易发生;应用相关分析表明,>0.25 mm水稳性团粒含量的改变对土壤侵蚀强度影响最大,其偏相关系数为0.9728,其次是土壤的粗粉粒和抗剪强度,偏相关系数分别为0.8879和0.6020;分析>0.25 mm水稳性团粒含量和抗剪强度与土壤侵蚀强度关系表明,林地开垦后侵蚀1年和侵蚀7年为土壤侵蚀加剧的转折年限,说明退化的侵蚀土壤和退化的生态环境加剧了土壤侵蚀的发生和发展。