西宁盆地黄土区草本植物边坡电阻率与土体物理力学性质关系研究

为研究高寒干旱-半干旱环境黄土区种植不同类型草本植物边坡土体电阻率与其物理力学性质之间的定量关系,探讨电阻率数值反映边坡土体物理力学性质及其变化特征,在西宁盆地长岭沟流域自建试验区选取未种植裸坡以及种植生长期为3年的垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum Linn.Gaertn.)、高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)的边坡共5种类型边坡为研究对象。通过开展边坡土体密度、含水率、含根系与不含根系土体直剪试验,对比不同草本植物根系对边坡土体物理力学性质的影响。在此基础上,利用二维电阻率层析成像方法建立不同边坡土体物理力学性质指标与土体电阻率间的定量关系。结果表明:(1)与未种植裸坡相比较,种植老芒麦边坡上层(0~10 cm)土体含水率增幅最大为26.53%;种植高羊茅边坡上层(0~10 cm)土体平均密度降幅最大为18.30%;种植垂穂披碱草边坡上层(0~10cm)土体黏聚力附加值最大,且为未种植裸坡的2.75倍。(2)5种类型边坡的电阻率受根系分布和边坡位置因素的共同影响,电阻率随着深度增加逐渐降低。4种草本边坡坡面以下0~20cm处土体电阻率均较裸坡大,该深度为根系分布大致范围。(3)5种边坡土体物理力学性质与电阻率数据之间存在拟合方程式(相关系数R2为0.48~0.77),且通过Pearson相关性分析得到边坡土体黏聚力c与电阻率间的相关性相对最高,相关系数R2为0.765。上述研究结果反映出可通过电阻率层析成像技术反映边坡土体物理力学性质,以及边坡土体中植物根系分布特征,可为研究区及其周边地区采用植物有效防治水土流失、浅层滑坡等灾害提供理论依据和实际指导意义。

甘肃某铁尾矿工艺矿物学与综合利用途径研究

甘肃某铁尾矿库尾矿量约5000万t,为了消除该尾矿对当地生态环境的潜在危害,并寻求综合利用该资源,进行了代表性样品的工艺矿物学研究。结果表明,该尾矿的潜在有价矿物为黄铁矿和褐铁矿,含量分别为9.25%和5.89%;主要脉石矿物为石英,其次为绿泥石、绢云母,含量分别为59.49%、12.72%、5.93%。黄铁矿粒度较粗,单体解离度较高,可考虑进行回收利用;褐铁矿粒度较细,单体解离度较低,回收利用困难。根据该铁尾矿的工艺矿物学特性,并参考前人的研究成果,提出了重选-浮选联合工艺回收黄铁矿,回收后的尾砂作为建材原料进行大规模消纳的综合利用思路,作为建材原料的具体应用工艺及效果将通过后续试验研究确定。

模拟自然降雨条件下植物根系增强边坡土体抗剪强度特征

该研究以位于青藏高原东北部黄土区的西宁盆地作为试验区,采用柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii Kom.）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon（Bunge）Maxim.）、垂穗披碱草（Elymus nutans Griseb.）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum（Linn.）Gaertn.）的单播种植,以及柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播种植等2种方式,开展了原位模拟降雨试验并采用直接剪切试验,系统分析了模拟降雨试验前后试验区边坡表层以下3个不同位置处复合体抗剪强度大小及其随深度变化规律。结果表明：模拟降雨试验前,由柠条锦鸡儿与细茎冰草、垂穗披碱草混播的边坡a层（0~20 cm）根-土复合体黏聚力分别为19.5、18.9 k Pa,均较相同条件下单播边坡a层复合体黏聚力大;混播种植边坡各层根-土复合体黏聚力均较模拟降雨试验后裸坡a层土体黏聚力大,其中柠条锦鸡儿与细茎冰草混播边坡、垂穗披碱草混播边坡模拟降雨试验后,a层复合体黏聚力分别较裸坡a层黏聚力的增幅为30.65%~56.45%;柠条锦鸡儿、霸王、垂穗披碱草、细茎冰草单播边坡b层复合体黏聚力增幅为4.17%~38.89%;柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播边坡b层黏聚力增幅为29.17%~34.72%;边坡c层土体黏聚力增幅相对不及a层、b层显著,反映了草本起到浅层加筋作用,灌木则起到深部锚固作用。

寒旱环境黄土区植物护坡原位模拟降雨试验研究

在自建试验区内为研究植物护坡水文效应，本项研究采用野外模拟降雨试验的方法，分别对种植柠条锦鸡儿（Caragana kor shinskii Kom．）、霸王（Zygophyllum xanthoxylon Bunge Maxim．）2种灌木植物边坡和种植垂穗披碱草（Elymus nutarts Griseb．）、细茎冰草（Agropyron trachycaulum Linn．Gaertn．）2种草本植物边坡，以及作为对照组未种植植物的裸坡开展相同试验条件的模拟降雨试验。试验结果表明，在相同试验条件下裸坡的稳定径流量和泥沙量均相对较大其值为450．0～475．0ml／min，8．28～8．36g／min；种植霸王、柠条锦鸡儿边坡稳定径流量和泥沙量为307．0～355．5ml／min，3．12～4．07g／min；种植细茎冰草边坡、垂穗披碱草边坡稳定径流量和泥沙量为24．0～41．3ml／min，1．52～2．40g／min，该试验结果说明了坡面产生的稳定径流量和稳定泥沙量与边坡的覆盖度之间呈负相关关系以外，还进一步反映出种植草本植物的边坡其坡面产生的稳定径流量、泥沙量则显著小于种植灌木植物边坡，即种植灌木边坡其坡面产生稳定径流量、泥沙量分别是种植草本边坡的1．338～1．466倍、2．054～2．654倍；裸坡坡面以下O一20cm处及坡面以下20-40cm处含水率增幅分别为38．94％，11．08％；种植柠条锦鸡儿、霸王边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为42．24％～44．19％，10．63％～11．76％，种植垂穗披碱草、细茎冰草边坡坡面以下相同深度处的a层、b层含水率增幅为47．27％～48．1l％，13．98％～14．74％，坡面以下40～60cm处的（c层）含水率变化相对不显著，表明在边坡种植的草本和灌木植物，在降雨坡面雨水人渗的过程中，阻止和减少了坡面径流的形成，同时亦反映出生长草本植物的边坡其阻止和减少坡面径流形成的作用相对显著于灌木植物；裸坡的径流系数为63．40％，种植柠条锦鸡儿和霸王边坡径流系数则分别为18．00％和20．33％，细茎冰草和垂穗披碱草径流系数分别为6．57％和1．71％，草本植物边坡径流系数相对最小，反映出草本植物其抵挡坡面雨水冲刷和侵蚀以及抑制地表径流作用等方面较灌木植物显著。

植物根系增强土体抗剪强度机理研究进展

结合国内外学者对植物加筋土直接剪切试验和三轴试验的研究成果,分别论述了草本、灌木、乔木等不同类型植物根系在土体中的分布方式,对原状根"土复合体和重塑根"土复合体的直接剪切试验和三轴试验结果,评价植物根系对土体抗剪强度的增强作用,总结植物根系深部锚固、浅层加筋固土和斜向牵引效应3种类型根"土复合体相互作用机理以及植物根系加筋固土的数值模拟研究成果。

寒旱环境灌木植物根–土复合体强度模型试验研究

在自行设计、加工的原位剪切试验装置中分别种植灌木植物霸王和柠条锦鸡儿,通过对2种坡度的素土、霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体进行原位剪切试验,测得素土和根–土复合体抗剪力、抗剪强度的动态变化,评价灌木植物护坡的时间效应,并采用室内直剪试验方法检验原位剪切试验结果的合理性。试验得出以下结论:(1)根–土复合体的抗剪力和抗剪强度均大于同种坡度的素土,即植物根系可显著提高边坡土体的抗剪能力,且霸王根–土复合体抗剪力和抗剪强度主要体现在剪切面处断裂根系的抗拉或抗剪作用、拔出根系的根–土摩擦力及滑移根系的锚固、摩擦作用,柠条锦鸡儿根–土复合体主要体现在根系的锚固和根–土摩擦作用,同时,素土和灌木根–土复合体的抗剪力和抗剪强度随着坡度的增加而减小;(2)素土的剪切力在3 s左右达到峰值,而根–土复合体的剪切力峰值时间为69.8～168.2 s;素土试样在剪切位移为1 mm内抗剪强度均达到峰值,而剪切位移为23.13～83.13 mm时霸王根–土复合体和柠条锦鸡儿根–土复合体抗剪强度达到峰值,即根–土复合体的剪切力峰值时间、抗剪强度峰值位移均较素土相对滞后,这反映了在剪切过程中根系的抗拉能力、根–土界面的摩擦作用逐步转化为根–土复合体的抗剪能力,从而延缓坡面变形破坏的时间;(3)为了验证原位剪切试验结果的准确性,对素土和灌木根–土复合体进行室内直剪试验,其抗剪强度值与原位剪切试验值接近,反映原位剪切试验及其结果的合理性。上述研究成果对于开展研究区西宁盆地及其周边地区坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害的防治,以及对青藏高原东北部黄土地区边坡生态工程建设、区域生态环境保护具有重要的理论指导价值和现实意义。

寒旱环境灌木根系增强边坡土体抗剪强度特征

为深入研究根系与剪切面呈不同夹角α条件下,边坡土体中根系对土体抗剪强度的影响,以及定量分析评价植物根系对边坡土体抗剪强度的增强作用,该项研究以生长期为150 d的柠条锦鸡儿、霸王根系及其组成的柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体为研究对象分别进行室内单根拉伸试验和复合体剪切试验。通过对2灌木根系进行单根拉伸试验,得到2种灌木根系单根的抗拉强度,并对根系与剪切面夹角α分别为45°、60°、75°、90°等4种条件下的根-土复合体进行剪切试验,得到4种α角度条件下的根-土复合体试样抗剪强度;在此基础上,分析探讨了单根抗拉强度与根-土复合体试样粘聚力值之间的关系。结果表明:柠条锦鸡儿根系的单根抗拉强度较霸王根系的单根抗拉强度略高;柠条锦鸡儿根-土复合体、霸王根-土复合体试样,在4种不同α角度条件下的黏聚力均显著大于素土黏聚力;当α角由45°增大至90°时,2种灌木根-土复合体的黏聚力值呈逐渐增大的趋势,且黏聚力的增长率亦表现出一致性变化规律,即2种灌木根-土复合体试样的黏聚力的增长率均随着α角的增大而呈增大趋势;根-土复合体黏聚力值与单根抗拉强度存在正相关关系。由上述复合体黏聚力值的变化规律反映出,试验区2种灌木根系对边坡土体抗剪强度具有显著增强作用,同时亦反映出随根系的单根抗拉强度的增大,根系对土体粘聚力值的增强效果相对愈加显著,且随根系与剪切面间夹角不同,根系增强边坡土体抗剪强度贡献具有不同的变化规律,即表现在根系与剪切面之间的夹角趋于垂直时,根系具有相对最大限度地增强土体抗剪强度的作用。该研究结果为定量评价植物根系增强边坡土体抗剪强度的贡献,提供了试验方面的数据支撑,这为进一步深入探讨植物根系增强边坡土体抗剪强机理提供参考。

西宁盆地黄土区草本植物群根效应及其护坡贡献

通过对种植在30°和45°边坡条件下、生长期为1年的垂穗披碱草和芨芨草进行的野外原位动态拉拔试验,分析了试验区所种植的2种草本植物在不同坡度条件下株高、地径、须根数、根长、分蘖数等生长量指标与其抗拔力之间的关系。试验结果表明:植物株高对其抗拔力影响相对较为明显,即当株高达到一定高度时,植物的护坡效果得以较好地发挥出来;两种坡度条件下植物生长量指标存在一定差异,产生该差异的主要原因是不同边坡土体中水分含量不同。植物根系抗拔力与作用时间之间的动态变化过程可划分为初始、中间和最终3个阶段,不同坡度条件下同种草本的抗拔力存在差异,相同坡度条件下不同草本的抗拔力亦存在一定差异。

植物根-土复合体剪切试验及其力学模型研究现状与展望

近年来随着基础工程建设的快速实施,各类开挖边坡的数量逐年增加,由此引起的坡面水土流失、浅层滑坡等地质灾害呈显著增长趋势,给区域生态环境造成了严重的影响。为了科学有效地探讨解决这类环境地质问题,国内外学者开展了大量有关植物固土护坡理论方面的研究。在简论述植物护坡发展历史的基础上,着重探讨了根-土复合体的剪切试验及其力学模型的研究现状,并从根系特征对土体抗剪强度的影响、根-土复合体剪切试验、根-土复合体力学模型等3个方面论述了该研究领域的发展趋势。

北祁连尕大坂铜铅锌矿床特征及形成环境

本文对北祁连尕大坂铜铅锌矿田地质特征、矿体、矿石、围岩蚀变特征以及地球化学特征进行了简要论述,该矿体均产于酸性火山岩与基性火山岩的接触部位,且靠近酸性火山岩的一侧,具有"双岩石组合"特征。通过对早中寒武世黑刺沟组火山岩的岩石化学性质的分析,探讨了矿床形成环境,认为该矿床是由海底火山喷发形成的黑矿型块状硫化物矿床,是岛弧环境下的产物。

遥感技术在矿山环境地质调查中的应用——以宁夏卫宁北山为例

以宁夏卫宁北山为研究区,使用高分辨率遥感数据,对2000,2008,2019年3个时期矿山开采、土地利用等造成图斑的数量进行统计和分析。结果表明:2000年开始土地利用和矿山开采造成的图斑数量呈增加趋势;2008年中卫市开展的联合执法行动,有效遏制了煤矿、铁矿等开采活动,但随着经济发展,因建材矿及工程建设用地等产生的图斑数量逐年增加;2019年研究区矿山活动减弱,工程建设活动加剧。

突变级数法在多年冻土区公路路基稳定性评价中的应用——以G213国道祁连段为例

多年冻土区公路路基稳定性问题一直是理论和实践研究的热点,本文拟采用突变级数法对青海省G213国道祁连段公路路基稳定性进行评价。依据39组土工试验数据,从黏聚力、内摩擦角、压缩系数、天然密度、孔隙比、含水率、渗透系数等7个底层控制指标出发,综合考虑各控制指标对岩土体工程地质性质的影响。结果显示,突变级数的大小可以表示岩土体的工程性质等级,岩土体的力学性质、物理性质和渗透系数对岩土体工程性质敏感程度不同,岩土体的力学性质和物理性质对岩土体的工程性质影响较大,渗透系数影响较小。

寒旱环境植物根系增强边坡土体抗剪强度的原位剪切试验研究

选取西宁盆地及其周边地区作为试验区,以种植在试验区30°边坡生长期为150 d的垂穗披碱草、细茎冰草等2种草本和柠条锦鸡儿、霸王等2种灌木为供试种,采用草本和灌木单一种植以及组合种植等2种方式,分别开展原位剪切试验评价植物根系增强边坡土体抗剪强度贡献;在此基础上,将本次试验结果与Wu-Waldron-Model模型（简称WWM模型）计算结果进行对比分析,得出如下结论：（1）根–土复合体抗剪强度较素土表现出较大程度提高,采用单一种植草本和灌木的根–土复合体抗剪强度增幅为47.61%~98.24%;草本和灌木混合种植的根–土复合体抗剪强度增幅则为104.47%~173.93%,同时反映出草本和灌木混合种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅,显著大于单一种植条件下的根–土复合体抗剪强度增幅。（2）通过将WWM模型计算结果与原位剪切结果进行对比,对比结果表明：采用WWM模型计算得到的单一种植和组合种植2种条件下,根–土复合体抗剪强度增量变化规律与原位剪切试验得到的抗剪强度增量变化规律基本一致,上述结果实现了采用原位试验和模型理论计算相结合的方法,定量评价试验区草本和灌木根系增强边坡土体抗剪强度贡献。