降雨作用下马兰黄土渗透规律实验研究

通过自主研制的非饱和土直渗仪,对高为15cm、直径为12.5cm的圆柱形黄土试样进行降雨强度分别为16mm/h、50mm/h、70mm/h的渗透模拟试验,分析降水入渗深度、径流、富集量等与时间的对应关系,探究降水-黄土间的作用模式。得到实验结果:①不同雨强作用下,降水入渗锋面均呈漏斗状,凹面向下,均匀推进;②试验后试样含水率均超过液限,但随雨强增大含水率相应减小;③雨强16mm/h时无径流产生,雨强50mm/h、70mm/h时径流分别在试验开始29min和14min时形成;④降水入渗具有阶段性,雨强16mm/h,可分为快速下渗、缓慢下渗和匀速下渗三个阶段;雨强50mm/h、70mm/h,水开始入渗速率与土自身吸水能力有关,待上覆土饱和,水不仅受重力还受水驱动力的作用,入渗速度加快,最后稳定。获得结论包括:(1)雨强越大,水受重力和水力梯度作用越大,水下渗速度越快,充填孔隙的水就越少;(2)在雨强大于土体吸水能力的一定范围内,雨水补给量、径流量、下渗量以及充填量之间随降雨历时、入渗深度、孔隙度变化等因素出现相互制约、相互促进的关系;(3)试样完成渗流后,土体内形成稳定流,富集量与时间呈线性关系。     

陕北能源化工基地河川径流特征和产流机理

陕北能源化工基地东、西部河川径流特征迥异,产流机理和及“三水”转化关系各不相同,探讨径流的时空变化特征和产流机理是进行水资源合理开发、高效利用的关键。根据1956—2005年径流的系列资料,综合运用水文计算、基流分割、Mann－Kendall检验、特征指标等方法,分析了研究区河川径流的空间组成特征和年际、年内的变化规律,并对其产流机理和水资源开发模式进行了相关的探讨,认为：黄土沟壑区流域下垫面介质为粉土质黄土,不利于降水入渗而利于产流,径流过程线表现为暴涨陡落型,地表径流主要来自降水补给,宜采取以地表水为主、地下水为辅的水资源开发模式;风沙滩地区流域下垫面介质以风积粉细砂为主,利于降水入渗而不利于产流,径流过程线表现为平缓型,地表径流主要来自地下水补给,宜采取地表水、地下水联合开发的模式。     

基于原位渗气试验的黄土潜蚀地层渗气率研究

利用改进的渗气仪器对不同地区原位马兰黄土地层及原状马兰黄土试样的渗气率进行了测量。通过新研制的原位渗气率试验装置和已有成熟经验的室内原状黄土试样渗气率试验装置的渗气率测定结果进行对比,对原位渗气率试验结果的可靠性进行了验证;结合两种渗气率试验方法所得的结果综合分析了颗粒粒径、孔隙比、含水率等因素对马兰黄土渗气率的影响规律及其机理;通过原位渗气率试验分析了湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴对黄土地层渗气率的影响规律及其机理。结果表明:原状黄土试样室内渗气试验与黄土地层原位渗气试验获得的结果基本一致,黄土地层原位渗气率试验结果是可靠的。原位试验因能够最大程度上避免试样取样、运输及室内制样等过程的扰动影响而结果更为精确,且能较好地反映黄土地层的真实情况,室内渗气率试验只适合均匀、无明显节理裂缝（隙）的黄土试样。两种渗气率试验结果均表明:马兰黄土粗颗粒愈多级配愈差渗气率愈大,反之渗气率则愈小;同一地点随深度增加、孔隙比减小、含水率增大,渗气率呈现减小的趋势。潜蚀黄土场地湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴附近黄土地层因受裂缝（隙）和洞穴扰动,渗气率明显偏大,而远离湿陷裂缝（隙）和潜蚀洞穴的黄土地层渗气率基本接近于非洞穴裂缝（隙）分布区黄土渗气率平均值。原位渗气率测量结果精确,测量过程快速便捷,该方法在评价黄土地层渗透性乃至评价黄土地层结构缺陷（如隐伏节理裂隙、潜蚀洞穴的发育程度）等方面具有广阔的应用前景。     

喀斯特洞穴空间分布与河网密度关系研究--以贵州省为例

通过叠加分析探究贵州省喀斯特洞穴位置与河网密度的空间关系,从岩性、构造、气候、地形方面解释两者关系的成因。针对洞穴点位河网密度的统计显示:洞穴点集中分布在河网密度中及偏小的区域,正态QQ图显示洞穴点河网密度大体呈正态分布。分析岩性、构造、气候和坡度等影响因素的结果显示:洞穴主要发育在碳酸盐岩区域,并在纯碳酸盐岩、碳酸盐岩夹非碳酸盐岩、非碳酸盐岩分区上表现出负相关性;断层、褶皱中心缓冲区域洞穴最多,并随距离增大洞穴数量减少;温润气候条件为洞穴及河网发育提供了充足水源,溶蚀强度加大,表现在洞穴密度随降雨量和气温的增长而增加;地形条件限制了水力路径和洞穴发育。多因素促使贵州省发育了成熟的地表、地下两套水循环系统,地表水促进溶洞发育,洞穴反过来限制地表径流发育,两者相互影响,使得洞穴与河网密度呈现集中分布的趋势。     

我国灰岩洞穴次生化学沉积物的沉积类型和形态系统

在系统对比分析目前各种“灰岩洞穴沉积分类”方案的基础上,本文以洞穴次生化学沉积作用及其生成形态的系统观思想为基本原则,初步提出一个包气带洞穴水运动、沉积模式及形态系统表,将洞穴次生化学沉积分为非重力水沉积、重力水沉积及其复合水运动形成的沉积三种类型。并对其中的石盾与穴帐、月奶石、石花、莲花盆、晶锥、棕榈石笋及乳房状钟乳等的形态特征及形成过程作了描述和说明。     

降雨入渗诱发黄土滑塌的模式及临界值初探

国内外对诱发滑坡的降雨阈值的研究多采用统计方法对历史滑坡和降雨量数据进行相关分析,而在分析过程中很少按降雨入渗诱发模式的不同进行分类.实际上,降雨临界值与被触发的滑坡类型紧密相关,不同模式的降雨可以触发不同类型和规模的滑坡,而不同类型的滑坡也“需要”不同的降雨临界值.本文以陕北黄土高原广泛发育的-种典型地质灾害-黄土滑塌作为研究对象,从定性分析降雨入渗的机理入手,探讨了不同入渗模式下雨水对滑塌的诱发作用,初步建立了缓慢下渗诱发型、下渗阻滞诱发型、下渗贯通诱发型三种降雨诱发黄土滑塌的模式.运用统计学的方法,对陕西北部地区25个县(市、区)1960年～2008年发生的有准确日期记录的227个黄土滑塌和降雨数据进行分类,建立了不同降雨入渗诱发类型下的黄土滑塌降雨临界值或预警值.     

晋西黄土洞穴成因研究

在野外调查、室内实验基础上,对晋西黄土洞穴的成因进行了分析,研究表明:晋西黄土洞穴的形成是多种内外因素综合作用的结果,主要因素包括黄土的土性、微观结构、节理裂隙、地层结构厚度、水文气候、地形地貌等,其中黄土土性和微观结构是黄土洞穴形成的内因,节理裂隙和地层分布状况为洞穴发育提供了空间和物质基础,水成为黄土洞穴形成的源动力,地形地貌则控制着黄土洞穴的分布。     

非饱和土直渗仪的研制与应用

基于对非饱和土-黄土灾害的认识,设计了一套非饱和土垂直渗流实验仪.实验仪器包含降雨、径流、渗流(取样)以及富集等装置,可以较好地模拟大气降水、灌溉水等在黄土中入渗、富集过程,获得土体渗流路径、入渗锋面移动速度、渗透水量等参数;可以建立径流量-时间关系(径流速度)、雨水入渗锋面位移-时间关系(渗流速度)、渗流量-时间关系...     

东刘家金矿矿区地下水动态与均衡分析

东刘家金矿矿区位于海阳市郭城镇,主要发育3组NE向断裂裂隙,含水岩组主要为第四系冲洪积、坡积孔隙含水岩组,碎屑岩类孔隙裂隙含水岩组,碳酸盐岩类岩溶裂隙含水岩组及基岩风化带裂隙含水岩组。文中在查清水文地质条件的情况下,详细分析了矿区含水层的富水性,地下水补给、径流、排泄及动态特征,矿区地下水开发利用现状。在此基础上,进行了地下水均衡计算,地下水补给来源主要为大气降水入渗和农灌入渗补给,补给方式为地表直接下渗补给、断裂带导水补给以及上覆松散层下渗补给,主要排泄方式为人工开采、矿坑涌水和蒸发,总体上矿区处于地下水均衡状态。研究成果为矿区在今后的开采过程中控制地下水,合理防治与排水,维持区域地下水自然动态等提供了科学的依据。。     

离石黄土渗透规律试验研究

基于黄土坡地地质灾害的认识,结合运动学理论与方法,设计一套简易试验装置,对水在非饱和离石黄土中的入渗、富集规律进行初步探讨。试验系统包含降雨、渗流、富集、径流等部分,可较好地模拟大气降水、灌溉水径流、下渗、富集的整个渗透过程。对典型离石黄土进行不同雨强（15 mm、50 mm、70 mm）的降雨入渗模拟试验,得到典型离石黄土的降雨入渗参数（入渗面时态曲线、入渗速率时态曲线）与富集参数（富集量时态曲线、富集速率时态曲线）,对于黄土坡地地质灾害致灾机理研究具有一定的启示。     

小流域岩土侵蚀规律研究——以子洲县周家圪崂乡桥沟小流域为例

桥沟小流域位于子洲县周家圪崂乡东部,系黄河四级支流,面积19km^2。桥沟主沟长5．75km,坡降12．8％,沟谷切深100m左右。流域内地貌为黄土梁峁及沟壑,出露地层主要有侏罗系砂泥岩、新近系（原为第三系）红土和第四系黄土。黄土层中下部含地下水,在黄土与基岩接触带,多有下降泉溢出。从地层岩性上看,第四系黄土分布广,厚度大,结构松散,遇水易解体。岩土侵蚀环境地质类型有三：一是降雨对谷坡面的面状冲刷一坡面侵蚀;二是地表径流对谷底的侧蚀一沟谷侵蚀,三是滑塌对谷坡坡体的破坏一重力侵蚀。三种侵重力蚀的防治措施各有侧重点,对于坡面侵蚀的防治措施主要是退耕还林种草,改造微地貌;对于沟谷及重力侵蚀的防治措施主要是沟道坝系建设,即在重力侵蚀及沟谷侵蚀发育区下游,修建淤地坝,从而抬高侵蚀基准,减少重力侵蚀的发生。     

黄土路堑边坡的失稳破坏因素与变形模式分析

针对黄土路堑高边坡的失稳滑塌现象,文章深入研究了黄土路堑高边坡的各种诱发因素,主要通过对黄土本身的结构、性质、黄土湿陷性和水的影响进行分析,得出黄土路堑边坡失稳滑塌的四种破坏机理与变形模式,即开挖后缘拉裂模式,地表水或雨水入渗沿裂隙灌入形成薄弱面的模式,坡脚掏空致使坡体失去支撑而使黄土裂隙张开的模式,坡面冲刷、湿陷、剥...     

尼日尔三角洲深水勘探研究面临的挑战及其对策

面对深水勘探开发钻井和工程难度大、经济投资成本高的特点,针对深水区复杂油气藏,本文首先在深水研究区从深水重力构造形成机制和深水沉积储层研究入手,创新了深水研究区成藏规律认识。在深水重力构造研究方面,发现其由陆向海的演化模式,按演化和特征分成3种类型,建立深水沉积和重力控制下的构造模式;在深水沉积研究方面,以刻画深水沉积特征为基础,分析了海平面升降影响和重力流密度对深水沉积的控制作用,建立了两种深水沉积模式;然后通过研究重力构造、深水沉积与油气成藏三者的关系,确立了重力构造对深水油气成藏的主控作用,以及深水沉积储层与油气富集规律的关系,建立了深水油气成藏模式。在此基础上,提出了以断层为线索,落实构造,追踪油气,以沉积为单元,计算储量和资源量,进行深水高效勘探评价的新方法。并将上述思路应用到深水复杂油气藏勘探研究中,取得了较好的实际效果。     

河西内陆干旱区地表和地下水资源的相互转化研究

根据有关台站的水文气象观测资料及"九五"国家科技重点攻关项目"96－912"专题有关成果,对甘肃省河西内陆干旱区地表水、地下水资源的数量、分布特征与变化规律及相互转化关系进行了分析和研究。结果表明,内陆干旱地区的地表径流主要形成于中、高山区,散失于山前平原和沙漠。径流的补给来源主要为大气降水、冰雪融水和地下水。降水量及其时空分布对水资源的形成有着重要的影响。这里降水、河川径流与地下水转化关系十分明显。内陆干旱地区水资源最主要的特征就是从山区到平原地表水与地下水在不同地质地貌单元间的相互转化,并且由径流源区的山区到河流下游的平原,不同区域、不同地段地表水与地下水的转化关系及地下水的流动模式亦不相同：即由降水与冰雪融水下渗所形成的山区地下水绝大部分以基流形式排泄,形成地表径流进入盆地;而河流在进入盆地或平原区流经透水性极强的山前冲、洪积平原后又大量渗漏补给地下水,山前冲、洪积扇平原的地下水沿地形坡降向冲积平原运动至冲积扇缘地带后,由于含水层土壤颗粒变细,导水性减弱,形成地下水溢出带,地下水沿沟壑呈泉水大量溢出地表,汇集成泉沟进入河流而转化成为地表水。在冲、洪积扇以下的冲积平原上,潜水含水层土壤颗粒细,地下水埋藏浅,径流水平流动缓慢,地下水以垂向水量交替为主。在自然状态下,冲积平原下游直到尾闾湖;洪水季节（洪水季节外,河川径流量很小甚至没有）河流泻洪通过河道补给地下水,余水进入尾闾湖。正是水量不大的河水及其所转化形成的地下水维系着西北内陆干旱地河流下游地区的绿州的存在和这里十分脆弱的生态环境。这些地表水与地下水之间的转化过程的这种特征直接影响本地区水资源的开发利用模式。目前,在上游地区大规模发展经济、开发水资源的情况下,随着地表径流利用率的不断提高和地下水得到的补给减少,许多地方泉水量减少甚至枯竭,原来的泉灌区被迫变为井灌区。冲积平原下游即使在洪水季节也很难接受上游地表径流的补给,造成地下水位持续下降,植被死亡,土壤荒漠化。因此,内陆干旱区的水资源开发利用必须从整个流域的角度出发进行统一的合理的规划,总结不同类型地区水资源开发利用过程中的经验教训,逐步建立不同类型最优化的水资源利用模式,这将对今后干旱区的水资源开发利用具有重要的意义。     

厚层非饱和黄土中优势流和活塞流的讨论

厚层黄土中包气带水的运动方式一直存在争议。一种认为是活塞流,另一种认为是优势流,也有人认为两者并存。本文通过现场观测和两个模型试验,揭示活塞流是包气带中水分的特有的运移方式;基于非饱和土的土水特征,进一步证明优势流仅存在于饱和土中。自然界的黄土多处于非饱和状态,因此活塞流是黄土包气带中水的主要运移方式,而优势流是暂态和局部的,仅出现在降雨时期的浅层饱和区,或者低洼的汇水区。黄土中的垂直节理、卸荷裂隙、动物洞穴和植物根孔等优势通道是地表汇流的排水通道,而不是地下水的补给通道。     

黄土高原典型山地-沟壑区地下水水化学特征及成因——以六盘山地区为例

为了揭示黄土高原山地-沟壑区黄土地下水水化学特征及成因,对六盘山东西两侧山区及其西部典型黄土高原山地-沟壑区进行了多次实地考察,合理选择采样点,采集了浅层地下水监测水样。对采集的样品水化学数据进行了分析,结果表明:六盘山地区浅层地下水以低TDS重碳酸盐型为主,径流途径较短,循环条件较好,保持了较好的天然淡水资源状态;而在山地-沟壑区水化学类型则复杂多样,TDS平均值达1 870mg/L,淡水资源相对匮乏。结合各类水化学图可以看出,浅层地下水和地表水的离子来源优势机制以岩石风化为主,并且在山地-沟壑区受到不同程度蒸发作用控制。通过分析地下水中的离子浓度比以及锶元素,发现六盘山区主要为补给区和径流区,山地-沟壑区则是补给区、径流区和径流滞缓区,黄土地下水可能有来自六盘山岩溶水的补给。氟离子浓度和硬度超标是影响区域内水质的最主要因素,在受蒸发作用影响较大的地区尤为突出。黄土高原地下水资源的分布状况和质量参差不齐,保护好区域内较好的淡水资源并且按照地下水分布规律进行合理的开发与宏观调控,是缓解黄土高原水资源问题的关键。     

黄土湿陷性的微结构不平衡吸力成因论

分析了黄土粒间吸力的基本特性及其湿陷的微观过程,探讨了黄土在应力状态作用下由于浸水增湿而产生的微结构单元体滑移动力和阻力随饱和度、上覆土压力的变化规律,提出了微结构与广义吸力综合效应的湿陷性控制机理---微结构不平衡吸力成因论及其定量模型,从理论上分析了湿陷性与增湿水量、压力及深度的关系,揭示了土湿陷效应的内在规律。文中认为,湿陷过程就是水的楔入导致小孔隙广义吸力的逐渐丧失和大孔隙湿吸力的逐渐增大引起的微结构重建动力与重建阻力间的动态对抗过程。最后,讨论了湿陷的基本条件及影响因素。     

黄河中游岩土侵蚀问题及防治对策探讨

黄河中游出露地层岩性主要有古生界奥陶系碳酸盐岩、石炭系和二叠系碎屑岩;中生界三叠系砂泥岩、侏罗系砂泥岩和白垩系砂泥岩;新生界古近系砂泥岩、新近系(原为第三系)红土及第四系风积黄土和现代风积沙。第四系黄土厚度大,结构松散,遇水易解体,具湿陷性,是黄河中游粗泥砂的主要物源;第四系风积沙分布于黄河中游北部,亦是黄河中游粗泥砂的主要物源。岩土侵蚀类型有五:一是风力侵蚀—风沙侵蚀;二是降雨对谷坡面的面状冲刷—坡面侵蚀;三是地表径流对谷底的侧蚀—沟谷侵蚀;四是滑塌对谷坡坡体的破坏—重力侵蚀;五是潜蚀。并对不同侵蚀类型提出了不同的防治对策。     

饱和土体原位大型剪切试验方法与实践

由于室内剪切试验结果存在试样结构性扰动和尺寸效应等带来的不确定性问题,且以往的常规原位大型剪切试验是针对天然状态土体,不能获得饱和土体的强度参数,导致岩土结构稳定性分析和工程设计中大多采用反演方法求取强度参数,而很少直接运用这些试验参数.在本次试验方法研究中,试验仪器仍然采用常规的天然土体原位大型剪切试验仪器,针对土体饱和问题,设计了“制样后饱和法”和“饱和后制样法”2种浸水饱和装置,并采用这2套装置在甘肃省黑方台地区进行了7个饱和黄土原位大型剪切试验.结果表明,2种饱和方法都能够使土样饱和,“饱和后制样法”容易达到饱和,试验历时短,但对试样扰动大,甚至导致试样在制样时破坏,试验成功率低;“制样后饱和法”达到饱和历时稍长,对试样扰动小,试验成功率高.与原位天然大剪试验相比,粘聚力c值由44.65kPa下降至17.35kPa,φ值由14.18°降至11.95°;与室内饱和固结快剪相比,饱和黄土原位大剪的c值增加约4kPa,φ值增加3°左右.