不同植被发育斜坡土体优先流特征

以昆明市呈贡新区马卡山云南松和狗牙根两类典型植被发育斜坡土体为研究对象,采用染色示踪试验研究了水分通过斜坡土体大孔隙网络以优先流形式下渗这一过程。对采集到的剖面染色示踪图像进行处理,得到了土体优先流特征参数的变化规律,结果表明:不同植被发育斜坡土体对降雨的响应是不同的;平均染色面积比和染色路径数量在同一深度不同剖面间以及不同深度处同一剖面间均表现出明显的异质性;除了表层2 cm深度范围外,其余深度处云南松发育斜坡土体中平均染色面积和平均染色路径数量比狗牙根的大,说明前者优先流发生和发展较后者活跃。最后,通过对土体中分层根系生物量的测定,发现其与总染色面积比以及染色路径数量随深度增加呈较好的正相关关系,说明斜坡土体中优先流特征与植被根系分布有着密切的关系。

土壤优先流研究现状与发展趋势

优先流是近年来针对土壤水运动所提出的术语,是土壤中水运动机制研究由均匀走向非均匀领域的标志,是指在土壤各向异性的情况下,水分和溶质在多重因素的共同作用下,沿着特定的路径向下发生非稳定渗流的现象。优先流是造成降雨型滑坡、泥石流等地质灾害以及地下水质污染、农业土壤中养分流失等现象的主要诱因之一,所以深入开展优先流的研究显得尤为重要。本文从优先流的界定出发,主要介绍回顾了优先流数学模型的发展和研究优先流所采用的技术手段和方法,最后总结并探讨了优先流研究中存在的问题和发展趋势。

基于CT扫描的斜坡非饱和带土体大孔隙定量化研究和三维重建

[目的]系统开展植被发育斜坡非饱和带土体中大孔隙定量化和三维重建技术研究,为水分沿大孔隙迅速运移研究提供可靠理论依据,对于降雨型滑坡研究具有基础性意义。[方法]采用CT技术对云南省昭通市盘河乡头寨滑坡滑源区左侧斜坡区两个尺寸为25cm×25cm×50cm的大尺度土柱进行扫描,得到一系列平面和纵向CT切片图像。图像处理并计算得到了土柱中大孔隙随深度的变化情况以及3种物质(砾石、土体基质和大孔隙)的CT值范围;借助VolView 3.4体可视化交互系统实现了三维大孔隙通道系统的重组,研究其在空间内的连通性、分支性和复杂性。[结果]包括根系通道、动物通道、干缩裂缝及团聚体间的结构性孔隙广泛发育于非饱和带土体中,且大孔隙分布异质性明显,波动变异较大,随着深度的增加大孔隙呈逐渐减小的趋势。三维重组清晰可见土柱内含有较多独立分布的大孔隙通道,它们具有较好的连通性。[结论]CT扫描技术作为非破坏性获得技术在斜坡非饱和土体大孔隙定量化和三维重建研究中应用是可行的。

植被发育斜坡非饱和带土体优先域及其对水分入渗的贡献——以云南省呈贡和昭通玄武岩质斜坡为例

为了全面得到植被发育斜坡非饱和带土体中优先域结构类型,以2个试验区5个玄武岩斜坡为研究对象,采用染色示踪试验揭示优先域的存在形式及其影响因素,并采用双环入渗试验对不同深度非饱和带土体渗透特征进行测定,揭示优先域对水分入渗的贡献。研究表明:植被发育斜坡非饱和带土体中优先域结构类型除了传统的植物根系腐烂后残留的通道、动物通道、土体干缩裂隙以外,还存在有根系-土体以及砾石-土体接触带空隙以及气候冻融交替产生的裂隙,其中植被根系对大孔隙的影响占主导地位;试验区斜坡非饱和带土体的饱和渗透速度随深度增加有降低的趋势,土体饱和渗透速度最大值高达513.6 mm/h(表层);最小值13.33 mm/h,受广泛分布的优先域影响下形成的斜坡饱和带高渗透盖层对降水入渗的贡献是巨大的。

格子Boltzmann方法在斜坡非饱和带土体大孔隙流研究中的应用

大孔隙结构的建立和大孔隙流的渗流模拟能定性和定量的解释大孔隙流的产生机理及其动态变化过程。采用CT扫描获取斜坡非饱和带大孔隙域,基于不考虑外力项的格子Boltzmann方法,通过确定离散速度模型、平衡态分布函数和分布函数的演化方程三大组成部分,其中边界条件与计算假设依据染色示踪试验设定,定性定量化研究二维大孔隙流的渗流过程,研究结果表明:该方法能清晰定量化描述大孔隙流湿润前锋的推进过程,大孔隙效应明显,渗流场流速随着时间推移逐渐趋于稳定,大孔隙效应逐渐减弱;在连通性较好、孔径较大的区域流体流速较快,且在大孔隙中心流速最大,往两侧逐级递减;下层深度处的流体流量和流速往往受控于上一层大孔隙的孔径尺度。格子Boltzmann方法的应用能为大孔隙流特别是三维渗流过程的研究提供新手段。

不同根系含量对山原红壤抗剪强度的影响

[目的]探讨云南省昆明市呈贡区段家营一植被覆盖的斜坡区不同含量植被根系对山原土壤抗剪强度的增强效应,为相关研究提供理论依据。[方法]制备0(无根系空白样),0.467,0.93,1.4 mg/cm^3这4种根系含量以及20%,25%,30%,35%,40%这5种含水量的根-土复合体试验样品进行抗剪强度试验。[结果]根-土复合体中,植被根系能提供给土壤额外的抗剪能力和抵抗土体变形来增强土体的抗剪强度,植被根系对土体抗剪强度有明显的增强效应,但这种增强效应是有限的。根系含量在0.93 mg/cm^3时,根系对土体的抗剪强度增强效果最好。随着根系含量的增加,黏聚力和内摩擦角总是呈现负相关性的关系,在低含水量情况下,黏聚力随根系含量增加而先降低后增加,内摩擦角随根系含量变化则相反。当含水量低且根系含量相对较少时(当含水量≤35%,根系含量≤0.93 mg/cm^3时),土壤参与剪切整个过程且为被剪主体,得到的黏聚力和内摩擦角均为正值,符合库仑定律;当含水量较高且根系含量较多时(当含水量=35%,根系含量=1.4 mg/cm^3时以及当含水量=45%,根系含量≥0.467 mg/cm^3时),被剪主体为根系,得到的黏聚力为负值,不符合库仑定律。[结论]库仑定律不适用于高含水量和高含量植被根系的根-土复合体抗剪强度的研究。在采用植被护坡时可用试验确定边坡土壤抗剪强度最高时的最佳含根量和含水量。

植被发育斜坡土体干缩裂缝发育规律的实验研究

为了得到斜坡非饱和带土体失水过程中干缩裂缝的发育规律,实验室条件下,将不同粒度组成的四组植被发育斜坡非饱和带土样饱和以后恒温失水,获取裂缝形成和发展过程中形态特征,并计算分析其裂隙率和裂缝盒维数的变化规律;基于Image J软件计算裂缝发育稳定时被裂缝切割形成的块区个数和各块区面积。研究结果表明:在裂缝发育过程中,土样的裂隙率和盒维数呈上升的趋势,且两者呈显著正相关关系,裂隙率总体上符合三阶段变化规律;颗粒组分越粗,裂缝发育越缓慢,其盒维数越小,裂缝形态相对规则;裂缝发展稳定时裂缝块区面积分布范围越广,块区面积越不均匀,裂缝切割土样形成块区个数越少。本文仅主要考虑了土样颗粒组成对裂缝发育的影响,其他影响因素有待进一步试验分析。

不同计算方法的云南省永胜县下院滑坡堰塞湖沉积物粒度特征及沉积历史重建

【研究目的】滑坡堰塞湖灾害链危害大,其形成和溃决过程中受外部环境影响大。堰塞湖沉积物作为记录堰塞湖全生命周期的载体,具有良好的古环境和古气候的指示作用,采用最佳解析方法对其进行解读有利于还原沉积物沉积过程及古环境变化。【研究方法】通过野外调查采样和室内测试分析相结合的方法,采用图解法和矩值法计算下堰塞湖沉积物统计特征的适用性问题,使用粒度结合有机质含量重建了堰塞湖沉积环境,对堰塞湖的发育过程进行还原。【研究结果】(1)堰塞湖沉积物分层沉积层序明显,为单一水动力湖相沉积,物质来源稳定,非多物源沉积;综合有机质变化和沉积物粒度特征表明该堰塞湖经历了4次干湿周期,在气候和地质活动的共同作用下至少存在3次堵塞−泄流沉积过程,估算沉积旋回周期约为1750 a,该沉积历史应该是断裂带长期复杂的活动和气候−河流共同作用的结果。(2)通过对图解法和矩值法进行统计分析结果表明,两种方法对平均粒径和分选系数评价一致性较好,可直接进行替换;矩值法对偏态峰态整体计算结果比图解法大,在使用中需进行线性代换。由于描述参照值的缘故,偏态、峰态在统计表述中有所偏差。【结论】堰塞湖沉积物粒径分布简单,采用图解法计算更加便捷,与其他沉积物对比方便,推荐图解法对堰塞湖沉积进行计算。研究结果表明粒度特征对堰塞湖的沉积和溃决过程以及滑坡灾害对气候变化的响应研究具有一定的指导意义,可为还原该堰塞湖沉积期的古环境和古气候提供理论依据。

云南永胜古滑坡堰塞湖沉积物粒度多重分形特征及其指标适用研究

本文以云南永胜县下院滑坡堰塞湖沉积物为研究对象,依据粒度测试结果采用传统粒度指标与分形理论相结合的方式对其沉积环境进行系统化研究,探讨各传统指标在堰塞湖沉积解析中的适用性,探索多重分形理论在沉积学中的应用价值。研究结果表明:①堰塞湖沉积物粒度统计参数明显不同于其他环境下的沉积物,具有河湖相沉积独特的分布曲线形式、分选状态和分形特征。优势粒级在分形计算中起主导地位,全局分形维数与分选系数有着良好的对应关系。不同的分形维数对应着不同的堰塞湖沉积条件,分形维数在堰塞湖粒度解析中有着很好的运用前景;②多重分形结果显示2种不同时期的堰塞湖沉积物均以高聚集度组分为主体,表明粒径分布集中,反映出堰塞湖沉积过程中水动力的稳定性,沉积来源的唯一性,进一步证明了该堰塞湖曾长期存在。细粒组沉积粒径分布范围较窄,分布相对集中,优势粒组多但单个含量低,尾端含量低,内部分异较大;粗粒组分布呈局部集中整体分散的趋势,高聚集度粒组数量少但含量高,低聚集度粒组数量多但单个含量低,呈现中间高,四周低的特点。③多重分形分析表明Δα、Δf在沉积物粒度分析中能够解析粒组内部分布特征,具有传统指标不可替代的作用,D_(0)和D_(1)两者结合可作为沉积环境解析的替代指标,与其他q阶多重分形联合可进一步作为堰塞湖解析指标,而D_(1)/D_(0)和D2则存在一定局限。

基于分形维数的斜坡非饱和带土体大孔隙分布研究

对取自于云南省昭通市头寨滑坡滑源区附近的两个大尺度(25cm×25cm×50cm)土柱样品进行CT扫描,选取典型剖面切片,通过CT值范围将大孔隙分离从而研究土体中的大孔隙分布;计算大孔隙分布分维数(盒维数),研究其大孔隙的不规则特征,结果表明:土体中大孔隙的盒维数随深度增加呈单调递减规律,且与大孔隙度具有显著正相关关系;但大孔隙度只能表征在某一深度上大孔隙的分布多少,而大孔隙的不规则特征则需盒维数表征;最后得到大孔隙的累积大孔隙度与大孔隙孔径(在盒维数为常数时)符合幂函数规律,研究结果有利于利用分形理论建立大孔隙模型,从而研究水分在大孔隙中运动过程。

西昌昔格达组粉质黏土塑性指数主要控制因素

为查明西昌钒钛钢铁新基地工程区昔格达组粉质黏土塑性指数的主要控制因素,通过对工程区昔格达组粉质黏土样品矿物组成分析,黏粒含量与塑性指数的关系以及塑性指数与颗粒组成之间的关系分析,最终得到昔格达组粉质黏土样品塑性指数的主要控制因素是其颗粒组成。对该地层上的工程施工以及施工过程中的土质改良具有一定的工程意义。

某建设项目地质灾害危险性评估

地质灾害危险性评估是国家强制执行的工程建设项目中必须工作之一,在一些地质易发区合理避开地质灾害的威胁起到了重要的作用。本文结合云南省巍山县某建设项目为例,介绍了区域内地质灾害危险性评估的主要内容和方法,通过调查分析研究了评估区的地质环境条件、工程地质条件及水文地质条件和人类活动,对地质灾害危险性进行了现状和预测评估,并给出了相应的防治措施和建议。

基于CT扫描的植被发育斜坡土体大孔隙和渗透性研究

山区流域植被发育斜坡的失稳往往尾随着强降雨而发生,降雨入渗引起的地下水位上升是导致斜坡失稳的主要原因,而饱和渗透系数是评价土体渗透特性的主要参数。以植被发育斜坡土体为研究对象,应用CT扫描技术获得了土体孔隙尺寸分布,发现孔隙成圆率随着等效直径的增大有减小的趋势,即孔隙截面积越大,其形状越复杂。根据毛细管束模型预测出饱和渗透系数,再与环刀法测得的饱和渗透系数对比,发现预测值和实测值在相同数量级范围内,但还是存在一定的偏差。进一步对模型优化,修正孔隙形状系数后,模型的预测精度得到了显著提高。

昭通巧家烂泥箐滑坡滑带土特征及滑坡发生机制研究

滑带土是滑坡发展过程的产物,对滑坡的孕育和演化过程具有良好的记录作用。以昭通巧家小河镇烂泥箐滑坡为研究对象,用野外地质调查及室内试验的方法,详细阐述了该滑坡滑带土的物理-水理-力学特征,同时结合XRD衍射分析矿物成分和SEM微结构观察的手段,从多角度分析了烂泥箐滑坡滑带土的特征,揭示了烂泥箐滑坡的形成演变过程及驱动机制。结果表明:烂泥箐滑坡滑带土含有较多黏土矿物,具有黏粒含量多、质地细的特点,呈现出明显的黏性土特性。烂泥箐滑坡滑带土的细粒含量明显比受滑动扰动小的滑床土多,表明在滑坡孕育过程中滑带内发生了多次滑移剪切错动。不同含水率条件下滑带土快剪试验表明,滑带土具有明显的应变硬化特征,随着含水率增加,抗剪强度逐渐降低,特别是含水率为40%时,滑带土强度损失很大,软化明显;低含水率时,黏聚力和内摩擦角均较高,随着含水率增加,黏聚力和内摩擦角均逐渐减小。试验结果表明降雨条件下滑带土随着含水率增加表现出明显“软黏土”特征。由于斜坡受后缘Y093乡道的改扩建、后缘行车荷载的长期作用及斜坡中部烂泥箐村庄小路的改扩建工程的长期扰动,坡体内部逐渐发生变形,发展孕育了潜在滑面及该滑动面上的多期蠕动变形,多次的剪切滑动使滑带土内黏粒含量增多,质地更细。而受其黏性土材料特性的影响,低渗透率的滑动带在降雨作用下易形成隔水屏障。加之降雨条件下滑带土强度快速软化降低,剪切带内形成的静水压力和局部隔水屏障形成的超孔隙水压力直接触发了烂泥箐滑坡的发生。利用烂泥箐滑坡的发生机制可以探讨其孕育-激发过程的3个阶段:滑带区初步形成阶段、滑带演化阶段、滑带土软化以及滞水层-滑坡形成阶段。研究成果可为山区降雨型滑坡的系统研究提供一定的借鉴价值。

滑带土及其强度影响因素研究进展

滑坡对工程建设危害巨大,滑带土是滑坡的关键组成部分,由于其蕴含了滑坡发育、发展过程的丰富信息甚至控制着滑坡灾害的发生,成为国内外工程地质界关于滑坡研究的基础内容。目前关于滑带土的研究多集中在对具体滑坡滑带土的物理力学性质方面,而较少对滑带土形成演化机制和影响滑带土强度因素深入系统研究,本文首先从滑带土的识辨出发,介绍回顾了滑带土形成演化研究现状,然后重点介绍了滑带土的颗粒组成、矿物组成(特别是粘土矿物组成)、水—岩(土)化学作用、水的物理力学效应、微观结构对滑带土强度影响的研究成果。最后探讨了滑带土研究中存在的问题和发展趋势。

昭通烂泥箐滑坡源区原生状态根-土复合体抗剪特征

以昭通烂泥箐滑坡源区优势物种鸢尾科鸢尾属鸢尾原生根系—土复合体作为研究对象,采用直剪试验对复合体抗剪特征进行深入研究,并与室内相同含水率重塑复合体试验结果对比分析。结果表明,整体上无根素土具有应变软化特征,而复合体具有应变硬化的特性,各复合体的抗剪强度均比素土的高,且抗剪强度随着含根量的增加而增加,根系加固效应明显,但复合体并没出现与重塑土类似的最优(最佳)含根量。原状复合体的c值随含根量的增加没有明显变化规律,而φ值则逐渐递增,其增长率也有相同的变化趋势。复合体破坏断面显示根系为主根系且垂直贯通剪切面,垂向压力大时固土效应最优;无主根的侧根直径较小,根系在复合体中倾斜分布,特别是与剪切错动方向一致时会影响固土效应发挥。素土破坏模式为破坏面并不完全水平整体的剪切破坏,复合体则是非根系被剪断或拉断,而根系被拔出土体,根—土界面产生明显相对位移的破坏模式。研究结果可为以增强复合体抗剪强度为目的的护坡植被的选择提供基础理论依据。

云南省昭通市烂泥箐滑坡源区草本植物根系抗拉特征

[目的]研究植物根系的抗拉强度特征,了解根系在复合体中的表现,为开展生态护坡时植物的选择提供依据。[方法]对取自于云南省昭通市烂泥箐滑坡滑源区的鸢尾和艾根系开展单根拉伸试验,从宏观破坏特征,变形—拉力曲线以及断裂拉力、最大抗拉力、抗拉强度、延伸率和拉伸模量等参数揭示两者变形破坏特征和抗拉特征。[结果]①鸢尾根系破坏具有明显延性,而艾根系呈现脆性破坏特征;破坏时前者的平均延伸率约是后者的3倍。鸢尾根系在拉伸过程表现出较好弹塑性变形特征和较强的变形能力。②由于周皮组织的保护作用,鸢尾根系变形—拉力曲线多呈现波动多峰值型,而艾根系主要呈现近似直线型。③根径和根系长度明显影响着根系抗拉特征,根系的断裂拉力和最大抗拉力、抗拉强度和拉伸模量随根径增加而呈现增加或减小的变化特点,待测根系长度较短会导致抗拉特征参数变异程度增强。所以建议选择根径沿轴向变化不大,尽量长的根系开展相关力学试验。[结论]建议选择根组织结构好,周皮组织厚,变形能力强,延伸率大且具有明显延性破坏特征的植物作为草本护坡植物。

基于不同方法的林下土壤有机质含量测定

土壤有机质含量是土壤分析的重要指标,对土壤结构、物理特征与肥力等有重要的影响,因此对土壤有机质含量的准确测定是开展土壤相关研究的前提。采用灼烧法(350、450、550、650℃4个灼烧温度与2、4、6、8、10、12 h 6个灼烧时间)和重铬酸钾容量法对取自云南昭通一高植被覆盖度的斜坡林下土壤有机质含量进行测定,结果表明:土壤有机质含量(soil organic matter,SOM)随土壤深度增加而递减,重铬酸钾容量法的测定结果较为准确和稳定,灼烧法的灼烧温度和灼烧时间对结果有明显影响,灼烧温度越高,烧失量越大,测得的SOM越高,测定结果的准确性越低;灼烧2 h内烧失量显著增加,灼烧4 h以后,SOM基本稳定不变;通过分析,对结果准确性要求较高时,建议采用重铬酸钾容量法;若样品量大且需快速测定时,建议采用灼烧法(灼烧温度不宜超过450℃,灼烧时间为4 h)。同时研究还发现SOM对土壤结构特征有着明显影响,取样点土壤具有高有机质含量的性质,导致土壤具有高孔隙度-低容重-高含水率的物理特征。

基于面向对象的云南永胜县金官盆地东缘古滑坡群识别

古滑坡在一定内外力作用下可能复活,对区域人民群众生命财产安全存在威胁,因此,古滑坡群的准确识别对其细节特征剖析、稳定性评价和隐患早期判别等工作具有重要的理论及现实意义。文中以云南永胜县金官盆地东缘山地地区为研究区,利用GF-2遥感影像数据和DEM数据,采用面向对象的分类方法,提出一种基于植被覆盖度与目视解译区分植被后,结合光谱、地形和纹理等特征识别古滑坡滑源区的方法,进而建立古滑坡滑源区识别特征规则集,最后结合野外实地调查和目视解译对识别结果进行精度分析。结果表明:(1)在程海-宾川断裂带北端的金官盆地东缘地区共计识别出古滑坡群13处,分布受程海-宾川断裂带控制明显,具有明显的下盘效应,在龙潭滑坡西北方向约4 km范围内沿断裂带连续分布。(2)正确识别的古滑坡滑源区总面积为3.09 km^(2),其中以龙潭滑坡最为典型,滑坡特征清晰,圈椅状地形明显,滑源区后缘高程为2360 m,滑坡后壁崩塌堆积体坡度达30°以上。(3)结合识别结果、目视解译和野外实地调研,采用文中的方法识别古滑坡滑源区的正确识别精度高达91.54%,识别质量百分比为86.26%。本研究提出的方法可为类似古滑坡识别与古滑坡复活隐患评估等研究工作提供参考和技术支持。

滇东石漠化坡地浅层裂隙漏失土壤的抗剪强度及其影响因素

[目的]探讨滇东岩溶断陷盆地植被恢复对改善浅层裂隙土壤理化性质及增强土壤抗剪强度的影响,为减缓土壤漏失,有效遏制该区石漠化态势提供科学参考。[方法]通过野外调查取样和室内土壤团聚体湿筛、土壤抗剪试验等方法,分析云南松次生林、小铁仔灌丛裂隙土壤基本性质、土壤抗剪性能的垂直变化特征。[结果]①植被恢复能改善裂隙土壤理化性质,但随着土层深度的变化出现差异。两对比群落裂隙土壤中有机质、砂粒含量、水稳性团聚体(>0.25 mm)随着土层深度的加深呈递减趋势,土壤黏粒含量、水稳性团聚体(<0.25 mm)呈递增趋势;云南松次生林裂隙土壤砂粒(55.46%)、有机质(19.63 g/kg)、水稳性团聚体(76.51%)含量>小铁仔灌丛裂隙(50.16%,11.31 g/kg,67.57%),粉粒(17.55%)、黏粒(26.99%)、小颗粒团聚体(23.49%)含量<小铁仔灌丛裂隙(22.56%,27.27%,31.43%)。②两对比群落裂隙土壤黏聚力都随着土壤黏粒、水稳性细颗粒团聚体的增多而增大(p<0.05),土壤内摩擦角随着砂粒、有机质、水稳性大颗粒团聚体的减少而逐渐减小(p<0.05)。③两对比群落裂隙土壤抗剪强度随土层深度的加深而减小,但云南松群落在提升浅层裂隙土壤抗剪性能上要优于灌丛群落,尤其是在中层和深层裂隙土壤,云南松群落抗剪强度大于小铁仔灌丛,两对比群落裂隙的抗剪强度差异性极显著(p<0.01)。[结论]在滇东断陷盆地石漠化地区,乔林群落更有助于改善中层和深层土壤理化性质,提高土壤抗剪强度,减缓浅层裂隙土壤漏失效应更显著。