Numerical simulation of liquefaction in porous media using nonlinear fluid flow law

It is well known that for a sufficiently high seepage velocity, the governing flow law of porous media is nonlinear (J. Computers & Fluids 2010; 39 : 2069–2077). However, this fact has not been considered in the studies of soil‐pore fluid interaction and in conventional soil mechanics. In the present paper, a fully explicit dynamic finite element method is developed for nonlinear Darcy law. The governing equations are expressed for saturated porous media based on the extension of the Biot (J. Appl. Phys. 1941; 12 : 155–164) formulation. The elastoplastic behavior of soil under earthquake loading is simulated using a generalized plasticity theory that is composed of a yield surface along with non‐associated flow rule. Numerical simulations of porous media subjected to horizontal and vertical components of ground motion excitations with different permeability coefficients are carried out; while computed maximum pore water pressure is specially taken into consideration to make the difference between Darcy and non‐Darcy flow regimes tangible. Finally, the effect of non‐Darcy flow on the evaluated liquefaction potential of sand in comparison to conventional Darcy law is examined. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

密云水库上游矿产资源开发对土壤环境的影响

通过对密云水库上游白河主要支流汤河、琉璃河流域和潮河流域内矿山开采现状调查,以及对区内采集的250件土壤样品测试成果,对区内土壤环境采用重金属总量分布特征、相关性分析法进行现状分析;并采用地累积指数污染评价、污染负荷指数评价和GIS空间分析等方法,开展矿山土壤环境影响现状评价,划分区内土壤污染范围,提出初步的治理对策建议。     

北京怀柔板栗种植区地质背景研究

通过对北京怀柔板栗种植区的地质特征和土壤地球化学特征进行研究,发现其广泛发育的花岗岩和片麻岩地质背景、适宜的海拔高度、降水量、温度以及呈弱酸性的疏松土质等条件十分适合板栗生长。研究评价结果显示,种植区土壤中富含P、Mn、Fe等矿质营养元素,以及有效铜、有效锌和有效铁等,并且环境质量总体优良,土壤和灌溉水重金属元素含量基本符合无公害板栗种植的产地要求,为怀柔板栗产品附加值的提升及品牌宣传提供了依据。     

四川5.12地震灾区陈家大院子滑坡形成机理分析与稳定性评价

陈家大院子滑坡位于四川省德阳市什邡市,为一"浅层土质牵引式滑坡",滑坡体东西宽145m,南北长156m,坡体前、后缘相对高差121m,上覆第四系覆盖物平均5~6m,滑坡体总方量共计约11.3×104m3,主要滑动方向为140°。滑坡下方居住50户共165人,并建有乡村公路、电力、水利等基础设施,潜在经济损失约500万元。2008年"5.12"地震后滑坡体局部出现变形迹象,滑坡体后缘局部出现张裂缝,是诱发滑坡的直接原因[2]。后经2009年雨季,由于受到人类工程活动及降雨等多方面因素的影响,滑坡变形迹象进一步加剧,滑坡体后缘拉张裂缝形成贯通,坡体前缘局部部分土体发生滑塌,坡体中部部分树木发生倾倒。本文选取了一条滑坡体主剖面,使用极限平衡法对滑坡体在天然、降水、地震等3种不同工况下的稳定性进行了评价,并对该滑坡体的形成机理进行了分析,为滑坡体后期开展治理工作提供了必要的依据。     

模式时间关联误差对集合平方根滤波估算土壤湿度的影响

为了定量评估模式时间关联误差对NOAH陆面模式同化表层土壤湿度观测估算土壤湿度廓线的影响,采用集合平方根滤波(En SRF)与状态增广相结合的技术,开展同时更新状态变量和订正模式偏差的观测系统模拟试验,结果表明:同化时若不对存在较大系统性偏差的模式时间关联误差进行处理,En SRF就不能有效估算土壤湿度廓线,而采用状态增广和En SRF相结合的技术,可以在更新土壤湿度时同步订正模式偏差,土壤湿度估算精度明显提高。敏感性试验进一步表明:模式偏差大小、同化时间间隔和观测误差会以不同方式对同化结果造成影响。     

西南喀斯特地区地表水热过程研究进展与展望

西南喀斯特地区水文二元结构以及生境条件的异质性导致地表水热过程异常复杂。水热过程机理研究薄弱,已经成为生态系统退化关键过程识别、生态恢复重建推进的关键限制因素。首先从野外科学实验、陆面过程参数化、遥感反演技术3个方面简要论述了地表水热过程的研究方法,指出在喀斯特地区,目前亟需开展的工作是在样地和坡面尺度上对地表水热过程进行系统的观测和实验,以深化水热过程机理研究,并发展适用于喀斯特地区的陆面过程模式和遥感反演模型。进而评述西南喀斯特地区地表水热过程已有研究进展与存在问题:水分循环研究的重视,但在特殊的地质背景与复杂的生境条件下,土壤水分时空异质性及降雨入渗产流和土壤侵蚀过程的机理仍不明晰,而且水热耦合研究非常缺失。最后从地表水热过程机理、水热过程变化影响机制、生态系统恢复重建水热调控等方面展望了其未来发展趋势。     

沙漠地区土壤质地对不同频点微波地表发射率反演和模拟的影响

首先运用先进微波扫描辐射仪(AMSR-E)资料反演了北非沙漠地区晴空条件下的地表微波发射率。然后根据不同的土壤类型,进一步分析了沙漠地表微波发射率频谱特性,并将增加土壤质地信息前、后的翁(Weng)氏微波地表发射率模型(2001)的模拟结果和反演结果进行了比较。结果表明,沙漠地表发射率与土壤质地密切相关,随土壤颗粒大小的不同变化明显。在沙漠土壤类型中,以大颗粒为主的土壤类型,其水平(垂直)极化的发射率通常随频率提高而增大(减小);而对于以较小粒子为主的沙漠土壤类型,地表发射率几乎为常数,或水平(垂直)极化的发射率随频率提高略有减小(增大)。并且,发射率的季节性特征明显,特别是以小颗粒组成的土壤,其水平极化的发射率比垂直极化的发射率表现出更强的季节性变化。以上这些发射率特征与翁氏模型模拟结果一致。此外,在翁氏模型的输入参数中增加土壤质地信息(土壤组分含量、粒径尺度)改善了翁氏模型在沙漠地区的模拟结果,特别是对于包含大量小粒子的沙漠土壤类型,如黏土和黏质壤土,模拟误差从6%9%降低至4%以下。由于翁氏模型是美国国家环境预报中心(NCEP)全球同化和预报系统的重要组成部分,对翁氏模型的改进将提高沙漠地区卫星资料的利用率并有望改进数值天气预报的准确度。     

Use of magnetic measures to assess soil redistribution following deforestation in hilly region

Limited information is available about the use of magnetic susceptibility property to determine soil redistribution in hilly areas of the semi-arid regions. This study was conducted to evaluate the use of magnetic properties to determine soil redistribution along a hill slope following deforestation. The study area is located in the Quaternary hilly region of Lordegan district in west Iran. Ten transects were established in two land uses that included natural Querqus forested and cultivated lands. Soil samples were collected at different positions along the slope and magnetic properties (χlf, χhf, SIRM, ARM, and χfd) and selected physico-chemical properties were determined. The results (based on the χfd, SIRM/ARM) showed that the magnetic susceptibly in the calcareous materials is pre-dominantly derived during the pedogenic processes and the superparamagnetic particles which were transported to lower positions of hill slope following deforestation. The results confirmed that this methodology could be applied for monitoring soil redistribution along the slope in calcareous hilly areas in the semi-arid regions.     

汶川大地震中德阳地区液化特点分析

汶川大地震中八个主要地区均有液化现象出现,其中德阳地区液化现象及其震害最为显著.通过现场调查和工程地质资料分析,德阳地区的液化特点为:液化带主要集中在绵竹市、什邡市和德阳市,绵竹市最为严重;液化在烈度Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ度区均有出现,但Ⅷ度区最为集中;液化喷水高度多在几公分到2m之间,最高一处超过10 m;液化场地喷出物基本涵盖...     

土体非线性参数变异性与地表响应的概率关系

场地土体非线性参数存在明显的变异性,因而与其相关的许多岩土工程问题都会受到其变异性的影响。采用数值模拟的方法研究了场地土非线性参数概率与场地地表加速度反应谱概率之间的关系。结果表明,场地土体动剪切模量比概率水平与场地地表加速度反应谱概率水平的关系随周期频段的变化而变化,粘性土在0.01 s～0.8 s周期内,无粘性土在0.02 s～0.7 s周期内,两者基本呈线性关系;场地土体阻尼比概率水平与地表加速度反应谱概率水平存在良好的对应关系,二者概率水平一致,且与反应谱的频段无关;在0.01 s～6.0 s周期频段内,无粘性土和粘性土的阻尼比概率与地表反应谱概率水平呈明显的线性关系。