青藏高原北部活动层土壤热力特性的研究

利用2003年10月～2004年9月期间高原北部可可西里(QT01)、北麓河(QT02)、开心岭(QT05)、通天河(QT06)等地活动层土壤温度梯度、土壤热通量及土壤水分的观测资料,计算了高原北部活动层土壤的导热率、土壤容积热容量、导温率等土壤热力参数.结果显示,QT02、QT05、QT06三站导热率、导温率夏秋季节较大而冬季较小,容积热容量则相反,表现为秋冬季节大而夏季较小;QT01站导热率表现为春季大,夏季较小;表层土壤粒度较小及较低的土壤湿度是冬季导热率较小的可能原因;冻土的热力特征参量可描述为相应深度的温度、体积含冰量及土壤盐度的函数,土壤含水量是融土热特征参数的主要影响因子;土壤水分含量小于某一临界值时,导温率随土壤水分含量的增大而增大,反之则减小.     

流体水化学观测方法在断层土壤气观测中的应用

利用现有水化学观测仪器设备对某些灵敏气体进行观测,比如使用水氡、水质、气体观测仪器设备进行断层土壤气氡、二氧化碳、气体观测的实验研究,并且给出了集气、采气装置的构成方式.氡气和气体观测采用真空负压采样法,使用水氡观测仪器和气相色谱仪.而土壤二氧化碳观测方法可采用碱溶液吸收法,采样时采用真空负压采样法或常压自然吸收法两种方式,还提出了氡气观测中设计采样装置时应注意的事项.     

动载作用下饱和土壤液化的研究述评

从土壤液化的机理、影响因素、液化的判别、液化的分析方法以及液化后土壤的性质等方面详述了动载(地震荷载和爆炸荷载)作用下的饱和土壤液化的国内外研究成果(主要是近十年的研究),并对其作出了述评。最后,对今后土壤液化的研究工作作出了展望,认为以下问题需要开展深入研究:⑴液化分析中的土骨架的动力本构模型;⑵Rayle igh波对地震液化的影响;⑶建构物的存在对液化的影响;⑷液化后土的性质和液化引起的建构物破坏;⑸尤其爆炸液化问题。     

植物根系控制黄土土层风化淋溶机制的初步研究

植物群落根系对土壤元素迁移和矿物的风化淋溶具有显著影响. 从描述黄土土层地球化学环境场分异的特征出发, 用原状土柱淋滤实验装置、根系大型挖掘剖面壁法及多元统计学方法, 对陕北黄土丘陵沟壑区植物根系改善土壤环境场效应与土壤风化淋溶速率强化值的关系进行了综合定量研究. 研究结果表明, 植物根系对土壤环境的改善效应主要受有效根(≤1 mm)密度和根量控制, 主成分分析结果表明植物根系对土壤物理性质改善效应大于对土壤化学性质改善效应, 根系控制土壤风化淋溶的主导因素依次是: 根系提高土壤渗透力、增加土壤生物活性物质及稳定土层结构的动力学性质. 在对不同植物根系影响土壤中化学元素迁移和矿物风化速率主导因素综合定量研究的基础上建立了数学模型, 此数学模型将有助于阐明林草群落根系控制土壤风化淋溶作用的生物动力机制, 也可用于林草地对有关变量进行定量评价.     

土壤水环境中有机污染物生物处理过程模型研究

生物处理是一种经济有效处理土壤水环境中有机污染物的手段,本文在研究土地生物处理过程的基础上,建立了综合描述有机污染物在土壤－水－微生物系统中扩散、吸附／解吸、屏蔽和生物降解过程的数学模型。为确定模型中各参数在模型计算中的作用和相对重要性,进行了参数灵敏度分析,预计数学模型可以定量预测有机污染物进行土地生物处理所需的要时间和程度,为构建土地生物处理工程提供参考。     

不同形式的断层土壤气集气装置对气氡观测结果影响的实验研究

任何一项观测都要在一定的条件下进行,不同的观测条件会产生不同的观测结果。在断层土壤气实际观测中,由于观测装置的集气室安装方式不同形成了不同形式的集气装置,而不同形式的集气装置会对气氡观测结果产生不同影响。本文就不同形式的断层土壤气集气装置对气氡观测结果的影响进行了实验研究。结果表明,集气室滞留体积对观测结果影响较大,集气室不可保留滞留体积,应控制导气管的长度和粗细,尽量减少导气管产生的滞留体积对观测结果造成影响。集气室死体积对观测结果影响不大,可保留集气室死体积。模拟观测和数字化观测应使用不同模式的集气装置。     

Seismic response of underground utility tunnels: shaking table testing and FEM analysis

Underground utility tunnels are widely used in urban areas throughout the world for lifeline networks due to their easy maintenance and environmental protection capabilities. However, knowledge about their seismic performance is still quite limited and seismic design procedures are not included in current design codes. This paper describes a series of shaking table tests the authors performed on a scaled utility tunnel model to explore its performance under earthquake excitation. Details of the experimental setup are first presented focusing on aspects such as the design of the soil container, scaled structural model, sensor array arrangement and test procedure. The main observations from the test program, including structural response, soil response, soil-structure interaction and earth pressure, are summarized and discussed. Further, a finite element model (FEM) of the test utility tunnel is established where the nonlinear soil properties are modeled by the Drucker-Prager constitutive model; the master-slave surface mechanism is employed to simulate the soil-structure dynamic interaction; and the confining effect of the laminar shear box to soil is considered by proper boundary modeling. The results from the numerical model are compared with experiment measurements in terms of displacement, acceleration and amplification factor of the structural model and the soil. The comparison shows that the numerical results match the experimental measurements quite well. The validated numerical model can be adopted for further analysis.     

兰州市活动断层土壤气汞、氡地球化学特征场地试验

在兰州市主要活动断层上选择有断层露头或有钻孔资料的典型场地开展了断裂带土壤气异常特征及其影响因素的试验研究。结果显示断层带上方土壤气氡、汞不仅具有明显的峰值异常显示,而且其异常的形态特征对断层产状和断层性质有显著的反映,断层土壤气测量是活断层探测和研究的有效方法。结果还显示覆盖层厚度对断层带土壤氡、汞浓度的峰值形态及特征具有显著的影响。     

考虑次网格变异性和土壤冻融过程的土壤湿度同化方案

集合Kalman滤波以其简单有效的特点在陆面数据同化中广泛应用,通常作为预报模型的陆面过程模式往往要考虑模式次网格变异性和土壤冻融过程,若对此不加考虑而直接对土壤湿度进行同化可能会使得同化结果发生偏差．将双集合Kalman滤波应用于土壤湿度的同化,基于NCAR／CLM陆面过程模式建立了一个考虑次网格变异性和土壤冻融过程的土壤湿度同化方案：在同一个时间步内用状态滤波对模式网格内某片上液态水分含量进行优化,用参数滤波对该片上的固态水分含量和其他片上的液态／固态水分含量进行优化,由此考虑模式次网格变异性和土壤冻融过程的影响,从而实现对整个模式网格上土壤湿度的同化．初步的同化试验表明：其同化效果在有、无土壤冻融阶段都优于一般的不考虑次网格变异性和土壤冻融变化的同化方案;该同化方案不仅能够提高那些有直接观测信息的土壤层的土壤湿度模拟精度,还能在一定程度上改善那些没有任何观测信息的土壤层的模拟效果;另外,土壤湿度同化结果的改善还能在一定程度上提高陆面模式对于土壤温度的模拟精度．