多年冻土活动层浅层包气带水-汽-热耦合运移规律

活动层水热状态直接影响多年冻土和寒区工程的稳定性。已有研究大多基于附面层理论研究冻土温度场变化,较少研究液态水和水汽运移过程及其对冻土温度场的影响。结合多年冻土活动层包气带水-热耦合迁移的物理过程和内在机制,以温度和含水率为基本变量,建立了考虑液态水和水汽相变、水分对流传热和水汽运移的土壤-地表-大气能量平衡及土壤内部水热变化的耦合模型,分析了真实野外气象条件下活动层液态水和水汽运移规律。计算结果表明:白天温度梯度水分向土壤内部运移,夜间温度梯度水分向土壤表层运移;暖季温度梯度水分以向土壤内部运移为主,冷季温度梯度水分以向地表运移为主;就全年而言,活动层各个深度处水汽运移作用大于15%,水势梯度水汽运移极小可以忽略不计,特别是浅层土壤在无降雨状态下,水分运移以温度梯度水汽运移为主;水势梯度液态水通量受降雨影响明显,在降雨事件期间和之后,液态水和水汽下渗占主导地位,降雨降低表层土壤温度、减小土壤热传导通量,有利于土壤热稳定性。     

膨胀土工程地质特性研究进展

根据近年来国内外学者围绕膨胀土工程地质特性取得的研究成果,着重从胀缩性、裂隙性、超固结性、强度、渗透性、微观结构及工程处治技术等几个方面总结了该课题的研究现状及进展,得到如下认识:（1）胀缩性主要取决于强亲水性黏土矿物含量、水/力边界条件及初始状态,在干湿循环条件下具有不可逆性,关于胀缩机理学界存在不同的观点;（2）裂隙性是膨胀土区别于一般土体的显著特征之一,裂隙的存在会极大破坏土体的整体性,弱化力学性质,是许多工程地质问题的直接或间接原因,裂隙形成过程与膨胀土矿物成分、微观结构和干燥过程中的内应力发育状态有关;（3）超固结性使膨胀土具有较大结构强度和水平应力,易在开挖过程中引起较强的卸荷效应,是促进边坡失稳的重要因素;（4）膨胀土的强度随干湿循环次数增加而逐渐降低,并最终趋于稳定,其中裂隙发育和土结构调整在此过程中起关键作用;（5）渗透性在很大程度上受裂隙的控制,但目前关于两者之间的定量关系还缺少系统研究;（6）微观结构反应了膨胀土的形成条件和应力历史,是决定其宏观物理力学性质的主要因素,开展微观结构研究是掌握膨胀土宏观性质本质规律的重要途径。在工程处治技术上,本文重点介绍了近些年发展起来的膨胀土路堤物理处治技术和路堑边坡柔性支护技术。最后,针对该课题的研究现状,笔者提出了今后的研究重点和方向,主要包括胀缩性和力学性质的各向异性、裂隙形成的力学机理、裂隙形态特征与工程地质特性之间的定量关系、宏-微观力学模型耦合问题及多场耦合作用下膨胀土工程性质响应特征等。     

武汉鹏湖湾地区老黏土动力响应特性及强度弱化规律研究

岩溶区老黏土在人类工程活动所引起的动荷载作用下,会产生动力变形特性的改变,强度参数也会发生相应的弱化,最终导致土洞上覆盖层结构性的破坏。以武汉市鹏湖湾地区的老黏土为研究对象,结合该岩溶塌陷场地的工程地质条件,开展相应的室内动三轴试验,研究老黏土在围压、动应力比和循环次数等因素变化时的动力响应特性和强度弱化规律,提出其在循环荷载作用下的强度弱化模型。结果表明,随着围压、动应力比及循环次数的增加,老黏土的孔隙水压力有所提高。当其它因素保持不变,且动应力比与循环次数不超过某一临界值时,土体的强度随着动应力比、循环次数的增加而降低,即超孔压的增长引起老黏土强度的衰减。而在围压增长的初期,土体的强度与围压成正比,当围压增大到某一临界值时,老黏土的抗剪强度显著降低。强度折减率随围压、动应力比、循环次数的增加均有不同程度的降低,提取出经验公式,得到的老黏土强度弱化模型具有较高的相关性,进一步得出老黏土的强度弱化机理。     

斥水性土壤水分入渗试验和模型

为研究斥水性土壤水分入渗规律,并探寻适用于斥水性土壤水分入渗的数学模型,以妫水河流域亲水性和斥水性土壤为研究对象,开展室内一维垂直土柱入渗试验;分别采用Kostiakov分段函数、Fourier级数、一阶Gaussian函数以及Gaussian分段函数对斥水性土壤入渗率进行拟合。试验结果表明:亲水性土壤入渗率随时间呈单调减小变化趋势,斥水性土壤入渗一段时间后累积入渗量会出现翘尾现象,入渗率为先增大后减小的单峰曲线。模型图形分析表明: Kostiakov分段函数入渗率在拐点处同时存在一个极大值和极小值,Fourier级数存在多个波峰,一阶Gaussian函数不能反映入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象,因而均难以真实反映斥水性水分入渗过程。忽略水分开始快速入渗过程,Gaussian分段函数模型不仅能够反映入渗率在拐点前的单调增以及拐点后的单调减过程,同时也能够体现入渗率在拐点后大于拐点前的试验现象。     

水力滞回性对降雨入渗边坡稳定性的影响

针对目前以土水特性曲线为基础的非饱和土研究不考虑水力滞回性的现状,笔者采用ABAQUS建立了降雨蒸发条件下非饱和土边坡模型,分别对考虑水力滞回性和不考虑水力滞回性的模型,进行了基于强度折减法的边坡稳定性的计算分析,并对比了每12小时孔隙水和坡脚位移的变化。结果发现:1）在降雨阶段,考虑了水力滞回性的模型基质吸力总是大于不考虑滞回性的模型,在降雨阶段减小的速度要小于不考虑滞回性的模型,且坡脚处位移较大,坡肩位移较小;2）在蒸发阶段,基质吸力相比不考虑滞回性的模型恢复速度更快。3）在降雨、蒸发过程结束后,基质吸力几乎是不考虑滞回性的模型的2倍,考虑水力滞回性对边坡坡脚的位移有很大的影响,尤其是在蒸发阶段,影响更加明显。分析表明:不考虑水力滞回性模型安全系数达到1.536,考虑了水力滞回性后安全系数为1.3625,不考虑水力滞回性导致所得的边坡安全系数偏高,低估了边坡的风险性。     

陕西水利博物馆水土保持与环境治理工程设计浅析

陕西水利博物馆是陕西水文化建设的标志性工程,本文对陕西水利博物馆水土保持与环境治理工程要点问题进行分析,以"节水优先"思路为基础,运用"海绵城市"的新理念治理,从雨水收集利用系统、景观系统、绿化带展示系统等几部分逐一论述,借助博物馆这一平台,建设雨水回收循环利用示范工程,宣传城市水土流失以及水土保持的重要性。对推动水生态文明建设起到促进作用。     

二价铁氧化对铁锰循环功能微生物活性的影响及机制

地质微生物是沉积环境中铁、锰氧化还原循环的主要驱动因子,铁锰共存环境中二价铁氧化对不同铁、锰循环功能微生物活性的影响差异和机制尚不清楚.以铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1、铁氧化菌Pseudogulbenkiania sp.strain 2002、锰氧化菌Pseudomonas putida MnB1和Leptothrix discophora SS-1作为代表性的铁、锰循环功能微生物,利用平板计数、荧光显微镜等手段探究了Fe(II)氧化对功能微生物活性的影响差异及机制.结果表明0.05 mM Fe2+氧化60 min可使MR-1和MnB1的活菌数量降低4~5个数量级,SS-1及S.2002无显著失活.Fe(II)氧化产生的吸附态。OH和胞内。OH是细菌失活的主要原因,胞外H₂O₂、胞外游离态。OH和三价铁氧化物是细菌失活的次要原因,SS-1及S.2002产生了氧化应激反应,成功抵御了活性氧化物种.      

俯冲-碰撞带硼循环

俯冲带控制着地球内部和表层的物质与能量交换.硼(B)是一个质量轻的流体活动性元素.B及其同位素体系是理解俯冲-碰撞带流/熔体活动和物质循环的重要工具.本文综述了俯冲板块中各储库的硼含量和同位素组成以及主导硼分配的关键矿物.介绍了目前对大洋俯冲带弧前、弧下和弧后深度下硼循环的主要认识;简要介绍了刚起步的大陆俯冲-碰撞带硼循环研究.阐述了含电气石(超)高压变质岩在俯冲带硼迁移研究中的重要性.指出今后需深化含水矿物在不同地温梯度下脱水/熔融过程中硼同位素分馏研究,加强流/熔体包裹体硼同位素分析技术及应用研究.由于B及同位素可有效区分大洋地壳和大陆地壳物质,未来将在造山带演化和地球深部物质循环研究中扮演更重要的角色.     

海洋铜锌同位素地球化学研究进展

铜锌是海洋浮游生物生命活动所必需的微量营养元素,其含量和同位素能够对相关海洋生物—物理—化学过程进行示踪和定量分析,是国际地学重大研究计划"GEOTRACES"的核心研究内容之一.总结和评述了近年来海洋铜锌同位素的最新研究成果和研究现状,归纳出以下认识:①生物吸收、颗粒物吸附和有机质络合等不同海洋过程会使海水溶解铜锌同位素产生分馏,从而对同位素组成的纵剖面分布特征造成影响;②现代海洋主要铜锌输入、输出端元同位素组成及通量的研究已日趋成熟,但仍存在潜在的铜锌源汇尚未被发现;③铜锌对海洋气候环境变化极为敏感,其同位素组成经常被广泛应用于古海洋气候环境变化等方面的示踪.未来还需在优化铜同位素组成的分析测试方法、探究海洋铜锌的潜在源汇以及生物碳酸盐等海洋载体铜锌同位素分馏机理等方面开展进一步工作,并有望在碳循环、地球气候重大演变和海洋环境污染的示踪应用等方向取得突破.     

近50多年来淮河流域气候水分盈亏时空变化

水分盈亏是区域干湿气候划分的重要依据。基于淮河流域63个气象台站1957—2014年逐日观测数据,运用累积距平、Mann-Kendall突变分析、Morlet小波分析及ArcGIS反权重空间插值法,结合Penman-Monteith蒸散计算模型获得淮河流域水分盈亏量的周期特征、突变特征及其时空分布特征,并分析其主要影响因子。结果表明:(1)水分盈亏月变化基本符合5月最低,7月最高。(2)从季节分布来看,水分亏缺面积秋季春季冬季夏季,亏缺程度春季最强。从平均年水分盈亏量分布来看,水分盈亏量由南向北递减。且不论季节还是年状况,山地及河流对区域水分盈亏量的南北递减存在滞后作用。(3)从各因子气候倾向率的时空分布来看,江苏东南部、山东西部、河南大部、湖北中部水分盈亏量变化的主导因子为潜在蒸散量,其他区域的主导因子为降雨量。(4)淮河流域水分盈亏量存在周期特征,第一主周期为10 a。