冻融循环作用下含水率对粗颗粒填料水分迁移影响的宏细观试验研究北大核心CSCD

冻融循环作用和初始含水率是影响粗颗粒填料水分迁移特征和冻胀融沉变形的两个主要因素。为明确冻融循环作用下,不同初始含水率粗颗粒填料的水分迁移特征及细观机制,采用荧光素为追踪剂,以CT细观机理观测为研究手段,开展了不同初始含水率条件下粗颗粒填料的一系列冻融循环试验,探究了温度场和冻深变化、水分迁移图像、补水量变化、最终含水率分布及CT值变化规律等。试验结果表明,冻深基本随冻融循环的次数增加不断加深,初始含水率越大,不同冻融循环作用下冻深的变化越稳定。外界补水量和液态水迁移高度与初始含水率呈负相关。CT扫描结果分析表明,经历多次冻融循环后,试样中的水分迁移导致土体孔隙结构及颗粒构造发生变化,试样的密度普遍增加,孔隙率以减小为主,进而导致土体发生相应变形。     

四川昭觉县中部乡镇表层土壤硒地球化学特征

硒元素是人体必需的微量元素之一,食用富硒农产品是人体获取和补充硒元素的主要途径,调查区域硒地球化学特征是有效地利用富硒土地资源以及开发富硒农副产品的重要依据。本文选择四川省昭觉县域内较为重要的农耕乡镇采集表层土壤样品,采用原子荧光光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱/发射光谱法等方法测定1328件土壤、19件玉米及20件土豆中硒等地球化学指标含量,利用相关分析与统计学等方法,结合距离加权反比插值法,探讨研究区硒含量、分布和影响因素等地球化学特征,评价土壤与作物的富硒情况及安全性。结果表明：(1)研究区表层土壤硒含量范围为0.04～1.50mg/kg,平均值为0.33mg/kg,划定富硒土壤面积为7.23km~2,占全区土壤面积的30.31%,玄武岩发育的土壤硒含量最高,平均值为0.4mg/kg,表明区内地质背景与土壤硒含量密切相关,区内富硒土壤主要受含玄武岩夹苦橄岩、凝灰质砂泥岩的峨眉山玄武岩组地层控制;(2)不同的用地类型和土壤类型对硒元素的富集能力不同,人为农业活动导致土壤对硒的吸附能力下降,黄棕壤土层中黏粒或铁氧化物等易与硒结合富集;酸性土壤中硒含量与pH值成反比;土壤...     

南京河西地区地面沉降成因分析

为了查明南京河西地区地面沉降的成因,笔者等在系统研究水文地质与工程地质条件的基础上,研究了地面沉降的分布特征和发展规律,以及地面沉降与地下水位、软土分布及建筑荷载之间的关系,进而揭示了南京河西地区地面沉降的成因。研究结果表明：南京河西地区不开采地下水,地面沉降与软土层厚度和建筑荷载分布关系密切,地面沉降主要受建筑工程影响,即建筑荷载和深基坑降水的作用。     

Numerical analyses of uplift behavior of pile foundation for transmission line structure in frozen soil regions北大核心CSCD

Pile foundation is one of the most commonly used and suitable foundations to support transmission line structure, especially in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. Axial compression is the controlling condition in the design of foundations for such structures as bridges and buildings, while uplift and overturning will control the design of transmission line structure foundations. This paper presents an extensive overview of previous studies including experimental (e. g., laboratory model test and full-scale field load test), analytical/theoretical (e. g., limit equilibrium and limit analysis based on plasticity)and numerical(e. g., finite difference and finite element methods). The review indicates that study on the uplift behavior of pile foundation in frozen soil is relatively limited, particularly in the case of combined effect of axial uplift and lateral loading. Interaction between pile and frozen soil and mechanism of load transfer along the pile shaft and around the pile tip still remain unclear. Therefore, this paper implements finite difference analysis within FLAC3D to investigate the behavior of pile foundation in frozen silty clay and gravelly sand under axial uplift behavior and the effect of ground condition and lateral loading on the uplift behavior. Because of the axisymmetric condition of the problem studied, only half of the model is simulated. The chosen domain of the medium is discretized into a set of quadrilateral elements and the pile is discretized by the cylinder element. The interaction between the soil and pile is considered according to interface elements. Mohr-Coulomb criterion is adopted to model the soil behavior (perfectly elastic-plastic), while the pile is simply considered as a rigid body. The soil parameters such as Young’s modulus, cohesion and internal friction angle used for numerical analyses are determined by laboratory tests and estimated according to the empirical correlations with in-situ tests. The present numerical modeling is verified with the results from field loading tests on pile foundations in Qinghai-Tibet ±550 kV transmission line project. On this basis, parametric studies are carried out to uncover the behavior of pile in frozen soil. It is observed that pullout is the dominant failure mechanism of pile and the uplift load-displacement curve clearly exhibits an asymptote, consisting of initially linear elastic, nonlinear transition, and finally linear regions. These results are consistent with the observations in a few previous studies. In addition, larger uplift capacity of pile foundation in freezing period and gravelly sand is gained (about 20%). Lateral loading increases the deflection and therefore, decreases the uplift capacity of pile foundation. For the convenience of using the results obtained in practice, the values of uplift factor for pile foundation in silty clay and gravelly sand are provided. Finally, it should be noted that the method used, and the results obtained in the current work could be useful for engineers and designers, at least providing them some qualitative evidence for pile design in seasonally frozen soil regions and permafrost regions. This is important and necessary to ensure the safety of construction in such regions. Meanwhile, numerical analyses in the current work can be a benchmark example for subsequent research studies. © 2022 Science Press (China).     

山东省青州市表层土壤硒元素地球化学特征

为研究山东省青州市表层土壤硒元素地球化学特征,在青州市按照平均5.2件/km²的密度采集了8 132件表层土壤样品,分析了硒、有机质、pH等指标。结果表明:青州市表层土壤硒含量范围在0.02~2.77 mg/kg,背景值为0.21 mg/kg(n=7 462)。研究区富硒土壤面积为140.56 km²,占研究区总面积的9.00%;足硒土壤面积为1 248.39 km²,占研究区总面积的79.93%;潜在硒不足土壤面积为148.45 km²,占研究区总面积的9.50%;硒缺乏土壤面积为24.52 km²,占研究区总面积的1.57%。不同的成土母质、土壤类型、地貌类型、土地利用类型区的表层土壤硒含量特征不同,寒武纪—奥陶纪地层成土母质区、钙质粗骨土分布区、溶蚀—切割中山地貌类型区、草地和林地土地利用类型区的表层土壤中硒相对富集。相关分析表明,研究区表层土壤中pH和硒含量无相关性,而有机质与硒含量呈显著正相关关系。     

基于机器学习的表层土壤成矿元素空间预测: 以稀有金属铷元素为例

近些年随着土地质量地球化学调查工作的开展,获取了大量表层土壤样品数据。然而,这些数据也存在一个明显的缺陷,即1∶50 000大比例尺表层土壤数据往往缺少成矿元素。鉴于土壤成矿元素含量对于矿产资源勘查的重要指示作用,尝试基于现有数据对大比例尺表层土壤成矿元素含量提供一个补全方案。以稀有金属铷元素为例,采用随机森林算法把同一区域2 548组1∶250 000小比例尺表层土壤数据按照8∶2的比例随机分为两组,用80%的数据进行训练建模,20%的数据对模型进行验证。采用变量重要性度量排序和构建学习曲线的组合方法优选了8种元素(K、B、Ni、V、Zn、As、Co、Cu)作为预测变量,模型对训练数据和测试数据的拟合优度R²分别达到0.983 2和0.895 6,说明预测变量的优选方法是有效的。随后将1∶50 000表层土壤的上述预测变量数据作为输入变量导入模型中,得到预测的Rb元素含量,预测结果比较符合实际特征。本研究表明将大数据机器学习随机森林算法引入表层土壤地球化学元素含量空间定量预测具有可行性,可进一步拓展土地质量地球化学数据的服务应用维度。     

广西三江县土壤硒含量分布特征及其影响因素研究

以广西三江县土壤为研究对象,采集了表层土壤样2 751件和土壤垂向剖面样180件,测定了土壤中硒的含量。利用多元统计分析、地统计学法、GIS空间分析技术和Pearson相关性分析法研究了土壤硒的含量特征和影响因素。结果表明:研究区表层土壤硒平均含量为0.63 mg/kg,变化范围为0.10~14.41 mg/kg。研究区土壤硒资源丰富,足硒和富硒土壤面积为95.87%。土壤硒含量的分布主要受到地质背景的控制,不同成土母岩形成的表层土壤硒含量存在较大差异,寒武系以黑色岩系为母质的土壤硒含量最高,平均含量达2.58 mg/kg,变化范围为0.31~14.41 mg/kg。不同土壤类型中,黄壤硒含量最高,平均含量达0.75 mg/kg,变化范围为0.24~2.07 mg/kg,水稻土硒含量最低,平均含量为0.51 mg/kg;不同土地利用类型土壤硒含量差异较大,除水田为基本自然状态以外,其余地类均呈现富集。研究区表层土壤硒含量总体上受控于深层土壤硒含量,成土过程中表层土壤硒含量发生了次生富集。同时土壤pH、Corg、P、S、Al₂O₃、TFe₂O₃含量和CIA等对土壤硒含量的分布也有一定的影响。     

四川邻水县华蓥山—西槽土壤Cu地球化学特征与生态健康

铜(Cu)是人体所必需的微量元素,目前我国还没有农作物Cu含量的推荐值,更缺少开发富Cu土地资源的土壤Cu含量标准。本文以四川省邻水县华蓥山—西槽耕地区为研究区,根据1∶5万土地质量地球化学调查获取的表层土壤、农作物及根系土中Cu含量数据调查结果,研究了土壤与农作物中Cu的含量及分布特征,分析了玉米籽实Cu生物富集系数(BAF)的影响因素,构建了玉米籽实Cu的BAF预测模型,提出了开发富Cu玉米和富Cu土地资源的Cu含量最佳赋值范围。研究结果显示:(1)研究区表层土壤Cu含量范围为(3.33～173)×10^-6,平均值、中位值分别为26.85×10^-6、25.60×10^-6。土壤Cu高值区主要分布在邻水县华蓥山玄武岩、碳酸盐岩与炭质页岩为成土母岩的地区,土壤Cu低值区分布在西槽侏罗系砂页岩为成土母岩的地区。(2)研究区玉米籽实Cu含量范围为(0.80～2.71)×10^-6,平均值为1.76×10^-6,中位值为1.82×10^-6。(3)为保证人体摄入Cu安全...     

黔西北地区土壤重金属地球化学背景及管理目标值

基于贵州省毕节地区1∶25万土地质量地球化学调查的1 308件深层土壤样品重金属含量数据,研究了土壤重金属含量分布及其地球化学背景特征,与全国土壤比较,黔西北土壤重金属地球化学背景值显著高于全国土壤元素背景值,但是,与我国西南地区土壤元素背景值接近。黔西北地区土壤重金属含量与地质背景关系密切,不同地质单元区土壤重金属含量存在显著差异,石炭系地层发育的土壤呈Pb、Zn地球化学高背景,二叠系中统风化形成的土壤呈Cd、Hg地球化学高背景,黔西北地区不仅存在土法炼锌造成的土壤重金属污染,土壤重金属地球化学高背景也是影响土壤重金属富集的重要因素。统计表明,黔西北地区二叠系中统风化土壤Cd管理目标值高于我国农用地土壤Cd风险管制值(2.0×10^-6),认为在确定黔西北地区土壤重金属管理目标时,应充分考虑不同地质单元区土壤重金属地球化学背景值差异及其生态环境效应的影响。     

河北中南部平原土壤重金属元素存在形态及生物有效性分析

本文以河北省中南部平原农田表层土壤为研究对象,对表层土壤中7种重金属元素的形态含量进行了统计和分析,对重金属元素的生物有效性进行了评价,并运用相关分析法,对影响重金属元素生物有效性的因素进行了研究。结果表明,研究区表层土壤7种重金属元素的有效态含量以Cd最高,达36.83%,潜在生态危害性较大;其次为Pb,达13.37%,其中碳酸盐结合态达到12.38%,由于土壤呈中性或偏碱性,Pb元素的迁移能力较弱,其潜在危害性较小;Cu、Hg、Cr、As、Zn重金属元素含量均以稳定态的含量存在,之和均在90%以上,表明其潜在危害性较小;研究区土壤重金属元素的活性系数和迁移系数大小顺序为:CdPbHgCuZnAsCr和CdHgAsCuPbZnCr,其中Cd的活性系数和迁移系数平均值分别达到0.330和0.160,展现出较强的生物活性、不稳定性和迁移能力,其他重金属元素在土壤中活性系数(Pb除外)和迁移系数均较小,生物活性较弱,在土壤中稳定存在,由土壤中向植物中的迁移能力弱;研究区不同的重金属的生物有效性与其影响因素的关系不尽相同,其主要因素是土壤重金属元素全量,其次为p H、TOC、CEC、粘粒含量等,二者关系复杂。