不同区域原状黄土颗粒和孔隙特征分析

研究不同区域黄土颗粒和孔隙大小、形状和排列的定量差异,针对甘肃兰州、陕西西安和山西运城的原状黄土的电镜照片进行定量分析。首先应用Autocad描绘获得颗粒和孔隙的边界,拉开各对象后填充,然后导入到图像分析软件中获得各对象的长轴,短轴、周长、面积和长轴方向角;其次应用得到的参数计算反映对象大小、形状和定向排列的定量参数;最后比较不同区域原状黄土中颗粒和孔隙的定量参数差异。结果表明:甘肃兰州黄土颗粒的平均直径最大,形状最偏离圆形,三个区域颗粒排布在空间分布均匀;甘肃兰州黄土的孔隙平均直径与陕西西安的接近,形状更偏离圆形;颗粒的平均直径接近于孔隙的平均直径,颗粒形状更接近于圆形。     

Rainfall intensity affects runoff responses in a semi-arid catchment

The source and hydrochemical makeup of a stream reflects the connectivity between rainfall, groundwater, the stream, and is reflected to water quantity and quality of the catchment. However, in a semi-arid, thick, loess covered catchment, temporal variation of stream source and event associated behaviours are lesser known. Thus, the isotopic and chemical hydrographs in a widely distributed, deep loess, semi-arid catchment of the northern Chinese Loess Plateau were characterized to determine the source and hydrochemical behaviours of the stream during intra-rainfall events. Rainfall and streamflow were sampled during six hydrologic events coupled with measurements of stream baseflow and groundwater. The deuterium isotope (²H), major ions (Cl⁻, SO₄²⁻, NO₃⁻, Ca²⁺, K⁺, Mg²⁺, and Na⁺) were evaluated in water samples obtained during rainfall events. Temporal variation of ²H and Cl⁻ measured in the groundwater and stream baseflow prior to rainfall was similar; however, the isotope compositions of the streamflow fluctuated significantly and responded quickly to rainfall events, likely due to an infiltration excess, overland dominated surface runoff during torrential rainfall events. Time source separation using ²H demonstrated greater than 72% on average, the stream composition was event water during torrential rainfall events, with the proportion increasing with rainfall intensity. Solutes concentrations in the stream had loglinear relationships with stream discharge, with an outling anomaly with an example of an intra-rainfall event on Oct. 24, 2015. Stream Cl⁻ behaved nonconservative during rainfall events, temporal variation of Cl⁻ indicated a flush and washout at the onset of small rainfall events, a dilution but still high concentration pattern in high discharge and old water dominated in regression flow period. This study indicates rainfall intensity affects runoff responses in a semi-arid catchment, and the stored water in the thick, loess covered areas was less connected with stream runoff. Solute transport may threaten water quality in the area, requiring further analysis of the performance of the eco-restoration project.     

饱和黄土液化后强度与变形特性的试验研究

采用MTS810动三轴试验仪,用二氧化碳+脱气水循环渗流法对重塑黄土进行饱和,进行了一系列对石碑塬滑坡区饱和黄土液化后变形特性试验。考虑干密度和初始有效围压对黄土液化后变形特性的影响,将液化与未液化黄土在单调静荷载作用下的应力-应变曲线进行对比。实验结果表明:利用二氧化碳+脱气水循环渗流法可以使重塑黄土饱和取得较好的效果;饱和石碑塬黄土具有明显的液化特征,在强震作用下发生液化,液化后强度大大衰减,应力-应变曲线呈弱硬化型,分为两个阶段;干密度和初始有效围压对液化后黄土的强度有一定影响,初始有效围压与不排水强度呈拟合度较高的线性关系,初始有效围压越高,液化后不排水强度越大。     

从矿物学角度探讨芝罘岛黄土状黄土成因及古气候变化

沉积矿物是记录物源信息和古气候变迁的良好载体。通过显微镜碎屑矿物鉴定和黏土矿物X射线衍射峰能谱分析对芝罘岛黄土状黄土2 个剖面13 个样品进行处理, 并对数据进行数学统计分析。结果表明, 芝罘岛黄土状黄土矿物种类、矿物形态特征、磁铁矿和岩屑的高含量等都揭示了黄土来源的多源性和近源性, 末次冰期时的海底平原沉积物以及洪积、残积物是芝罘岛黄土状黄土的重要物源, 而西北内陆沙漠吹来的细颗粒物质相对较少。普通角闪石、绿帘石含量较高的黄土堆积后期是以远源沉积为主, 且以风力搬运为主; 磁铁矿、岩屑含量较高的早、中期是以近源沉积为主, 搬运动力较复杂。根据黄土状黄土的剖面层序特征, 碎屑矿物以及黏土矿物垂相变化特征, 说明黄土堆积的早期, 气候是相对温暖湿润的, 之后变得寒冷干燥, 后来又逐渐回暖, 然后再转冷, 呈现出末次冰期该地冷暖交替的气候旋回。     

山东夏季极端热事件变化特征分析

利用山东88个气象站1961—2019年夏季6—8月逐日最高、最低气温观测数据,分析了山东各地极端热昼、极端热夜、极端高温日三个极端热事件的时空演变规律和突变特征。结果表明：1）山东夜间出现极端热事件及白天和夜间同时出现极端热事件的天数增多、强度增强、占比增加。历年极端热昼出现天数和占比均呈不同程度的减少趋势,平均强度呈减小趋势,其中占比减少最明显;极端热夜、极端高温日出现天数和占比均呈不同程度的增加趋势,平均强度呈增强趋势。2）山东内陆和沿海地区各极端热事件变化差异明显。内陆地区极端热昼各指标减少、减小趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验,半岛南部和东部部分区域则有增加、增强趋势;中西部地区极端热夜各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验;中东部区域尤其是半岛地区极端高温日各指标增加、增强趋势更显著,大部分地区变化趋势通过了0.05的显著性水平检验。3）各极端热事件不同指标的突变情况迥异。极端热昼历年出现天数没有发生突变,平均强度在1970年前后发生突变,突变发生后,平均强度明显减小;极端热夜出现天数和平均强度均在1994年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加、平均强度明显增强;极端高温日出现天数和强度分别在1994年、1973年前后发生突变,突变发生后,出现天数明显增加。     

准饱和黄土中暗穴水动力扩展响应的研究

为分析强降水过程中暗穴扩展机理,在野外调查资料的基础上,建立了准饱和黄土暗穴的扩展计算模型,概化为弹性准饱和土层中无限长圆柱形孔洞表面受水压力的动力响应问题。通过引入势函数,得到了Lap lace变换域中的应力、位移及孔隙水压力的解析表达式,并利用数值逆变换方法求得时域解,分析了降雨历时及饱和度等因子对暗穴动力响应的影响。结果表明,水动力是引起黄土暗穴扩展的主要因素,水压力作用历时对位移及应力有较大的影响,同时饱和度的细微变化对径向位移有显著影响。     

黄土洞室掘进深度与围岩位移变化规律研究

应用PLAXIS 2D/3D有限元分析软件,对某黄土洞室进行了二维、三维分步掘进、三维一次掘进等工况的弹塑性有限元分析,研究分析了不同工况下洞室围岩位移的变化规律,并对掌子面的空间效应进行了分析。分析结果表明,二维与三维分步计算的最终位移基本一致,可以用二维的计算结果来估算洞室开挖的最终位移。三维分步掘进的分析表明,不同埋深的洞室其位移比的变化规律基本一致,当L/B<1时(L为掘进深度,B为洞室跨度),位移比呈线性增加;当L/B>1时,位移比呈非线性增加;当L/B>3时,其最大位移接近最终位移。掌子面的空间效应分析表明,在掌子面处的位移约为最终位移的1/3,距掌子面0.5倍跨度处的位移约为最终位移的2/3,距掌子面2.5倍跨度处的位移基本达到了最终位移。     

湿陷性黄土结构性变形特性分析

基于结构性黄土应力应变特性认识和大量试验结果的分析,揭示了黄土结构性参数与应变、含水率、固结压力之间的关系,并给出了结构性参数的数学表达式。将该式引入结构性黄土应力应变特性分析,提出了考虑结构性参数的应力-应变关系。分析计算所得的应力-应变关系与试验结果有较好的一致性,说明了原状黄土结构性参数描述的合理性和基于结构性参数应力-应变关系的合理性。     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站一康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明：在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段;单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18．89mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36．4mm;已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大;双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和;单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8．4～9．3m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16．2～17．5m;隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0．435～0．467,单线隧道开挖后的地层损失率为0．765％～1．324％,双线隧道开挖后的地层损失率为1．231％～2．200％。     

“高分二号”卫星在黄土地质灾害解译中的应用研究

黄土高原地区地质灾害多发频发,危害严重,应用亚米级的高分二号(GF-2)卫星影像数据,提取地质灾害信息,并对室内解译结果进行了野外查证。本文提出了以GF-2卫星数据为主要信息源,进行地质灾害解译的技术方案;并以宁夏南部黄土高原区为例,验证了该方法的适用性,为规模化地开展基于国产高分系列卫星的黄土高原地区地质灾害遥感解译提供了可行的技术方案;通过GF-2卫星影像与常用的国内外卫星数据用于地质灾害信息判释的对比研究,认为GF-2卫星影像对于地质灾害信息的识别能够满足地质灾害遥感解译的要求,GF-2卫星影像的应用具有较高的性价比和显著的经济社会效益。