董志塬区固沟保塬工程水土侵蚀病害现状及科学挑战

由于极端降雨和高强度人类工程活动的影响,黄土塬区沟头前进速度加剧,严重威胁黄土塬区经济社会发展。近年来实施的大规模固沟保塬工程虽然有效抑制了黄土塬区溯源侵蚀的发展,但是仍然存在严重的水土侵蚀病害问题。基于这一现状,以陇东黄土高原董志塬地区典型固沟保塬工程为研究对象,通过野外实地考察、查阅文献和综合分析等研究方法,对董志塬地区典型固沟保塬工程水土侵蚀病害进行调查分析。结果表明:固沟保塬工程水文调控功能可分为塬面拦蓄区、沟头填方截排区、沟坡削方截排消能区和沟道拦蓄区;固沟保塬工程目前遭受表水侵蚀病害、黄土工程地质界面潜蚀病害、截排水渠淤积堵塞病害及黄土沟谷灾害链等4大类病害;固沟保塬工程水文调控机制不明和水土互馈侵蚀灾变机理不清是当前面临的关键科学挑战;未来固沟保塬工程水土侵蚀病害的防治应重视生物土壤结皮、新型土壤改良材料的研发应用以及固沟保塬工程全过程质量监督。研究成果可为未来固沟保塬工程水土侵蚀灾变机理研究和工程规划设计提供借鉴。

裂隙性黄土潜蚀洞穴形成机理模型试验研究

黄土台塬边缘裂隙性黄土中洞穴形成机理复杂,且与滑坡、崩塌等地质灾害的发生具有紧密联系,给塬边人民的生产生活造成严重威胁。针对裂隙性黄土中潜蚀洞穴如何形成这一科学问题,以陕西省泾阳县南塬地区典型黄土潜蚀洞穴为试验参考,利用可视化裂隙性黄土潜蚀洞穴形成机理模型试验装置,开展了4组不同初始裂隙开度条件下黄土潜蚀洞穴形成机理模型试验。研究表明:黄土裂隙在水流潜蚀下向黄土潜蚀洞穴的发展过程可分为水力侵蚀阶段、浸润淘蚀阶段和重力崩塌阶段;裂隙性黄土潜蚀洞穴的形成机理可概括为软化崩解-冲刷扩宽-淘蚀临空-重力崩塌;潜蚀输沙量和泥沙输运特征反映了裂隙性黄土渗流潜蚀的发展速率,可分为快速潜蚀阶段、波动降低阶段和缓慢稳定潜蚀阶段;裂隙开度、黄土可蚀性和极限凹槽深度是裂隙性黄土潜蚀洞穴形成的重要影响因子。研究成果对进一步揭示黄土潜蚀的致灾效应提供理论支撑。

早期黄土洞穴识别理论与技术发展现状

黄土洞穴是黄土高原地区一种特殊但又普遍存在的地质灾害。黄土洞穴由于其空间特征复杂、发育位置隐蔽、影响因子繁多等因素,导致目前对其早期识别面临众多挑战。利用文献综述的方法,首先简要介绍了黄土洞穴的类型、发育特征和形成机理;然后,从传统人工现场调查、小流域洞穴快速识别及地下暗穴地球物理探测等方面对现有黄土洞穴早期识别方法进行总结,并对各种方法的优缺点和应用效果进行评述,指出黄土洞穴早期识别当前面临识别难度大、识别精度低、识别方法分散等诸多挑战。研究认为,三维测量建模内窥镜在识别洞穴内部构造、空间形态方面具有广阔前景;加强黄土物性规律基础研究和开发高效的解译软件、算法是提高现有地球物理探测精度和实现黄土洞穴精准建模的关键环节;建立“天-空-地表-地下”一体化的黄土洞穴早期识别体系是未来实现流域黄土洞穴快速精细化识别的最佳选择。研究成果可为今后黄土洞穴早期识别及黄土洞穴潜蚀引发的地质灾害的监测预警提供参考。

黄土潜蚀机理及其致灾效应研究综述

黄土潜蚀指地表水沿黄土大孔隙、节理裂隙等优势渗流通道饱水入渗时对黄土产生的渗透潜蚀、冲刷搬运及浸水湿陷作用。黄土由于水敏性、结构面发育、优势渗流等特点,导致黄土地区潜蚀广泛发育,且黄土潜蚀具有显著的致灾效应,使得潜蚀诱发的黄土地质灾害的成因机理及防治研究愈发复杂。文章首先梳理了黄土潜蚀的基本概念,在总结黄土潜蚀主控因素的基础上,阐述了黄土潜蚀的成因机理,延伸了黄土潜蚀致灾效应的基本内涵。最后根据黄土潜蚀研究现状,对未来黄土潜蚀研究作了简要展望,指出今后需更加重视黄土潜蚀在黄土地质灾害链中关键链接作用方面的研究。文章针对黄土地区潜蚀研究中若干问题的初步思考,旨在为后续的黄土潜蚀致灾效应研究提供科学建议。

溯源侵蚀引发的拉裂-倾倒型黄土崩塌形成机制

溯源侵蚀是黄土丘陵区最强烈的动力地质作用。常导致沟头后退、坡脚掏蚀,进而引发崩塌灾害。文章通过对研究区崩塌灾害的统计分析,厘定出溯源侵蚀作用引发崩塌的典型类型为拉裂-倾倒型。该类型崩塌具有后壁陡直、粗糙、规模大、分布广、危害范围广,潜在危险性大等特点。分析认为溯源侵蚀引发拉裂-倾倒型崩塌是水力侵蚀和重力侵蚀耦合作用的结果。该类型崩塌的形成,主要是由于斜坡在地表水力侵蚀和重力作用下,坡体内拉应力分布区、剪应力分布区和强烈水力侵蚀区三个区发生了转化,经历了斜坡应力重新分布、拉应力的增大与范围扩大,剪应力状态改变与范围集中、坡顶拉张与孔隙水压力耦合作用下的崩塌体倾倒破坏三个阶段。控制和影响拉裂-倾倒型黄土崩塌稳定性主要因素包括:斜坡几何特征、土体物理力学参数及裂隙中的静水压力。随着土体含水率的上升,坡顶拉张裂缝深度加深,侵蚀凹槽深度加深,崩塌体稳定性逐渐降低。

黄土优势渗流研究进展与展望

黄土是一种第四纪的松散堆积物,内部存在着许多原生和次生的孔隙和裂隙,为水流进入土体内部提供了优势通道,形成优势入渗现象,这种水流运动方式称为优先流。优势入渗和优先流的存在是滑坡及其它黄土地质灾害发生的主要原因之一,所以对于优势入渗现象的研究是十分必要的。本文主要通过前人学者对黄土优势结构面分类的论述,提出对黄土优势通道的分类方法;对国内外学者优先流的分类及主要的研究方法进行探讨,分析其存在的优缺点;总结当下优先流主要的入渗模型及代表模型的主控方程特征。最后对现今优势入渗的研究不足及未来发展方向进行分析探讨。