全吸力范围非饱和持水函数和渗透性函数的预测模型

非饱和土的持水函数和渗透性函数是刻画其持水能力和水分运移的基本参数。由于物理机制不同,持水函数及渗透性函数在毛细阶段和吸附阶段的特征有显著差异。多数传统的持水和渗透性函数仅考虑了毛细阶段内,毛细水的持水和渗透特性,不能表征吸附阶段内吸附水的特征。为使传统函数模型在吸附阶段也适用,以传统VG持水函数和VG-M渗透性函数为基础,用修正参数C(ψ)修正VG持水函数,并以此确定非饱和土的残余值ψr,区分毛细水的毛细流动和吸附水的薄膜流动。基于薄膜流动的特点,提出参数Γ(ψ),改进了传统VG-M渗透性函数在吸附阶段内低估非饱和渗透系数这一问题,从而建立了全吸力范围的渗透性函数模型。最后用3组持水及渗透性试验结果验证修正模型的合理性,结果表明修正持水函数模型和渗透性函数模型的预测结果在吸附阶段较传统模型更符合实测结果。

滋阴凉血汤对慢性肾小球肾炎患者炎症因子及尿足细胞水平的影响

目的探讨滋阴凉血汤对气阴两虚血瘀证慢性肾炎患者的炎症因子以及相关尿足细胞标记蛋白的干预作用。方法选取2019年1月~2021年9月在上海市中医医院肾内科确诊为慢性肾小球肾炎的患者53例为研究对象,将患者随机分为治疗组(28例)和对照组(25例)。所有患者均给予基础治疗,对照组在此基础上给予厄贝沙坦片150 mg口服,治疗组在对照组基础上给予滋阴凉血汤剂。观察两组治疗前后的中医证候积分及24 h尿蛋白定量(24 h UPro)、尿白蛋白/尿肌酐、肾功能、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、糖萼蛋白(PCX)、肾病蛋白(Nephrin)、肾小球足细胞裂隙膜蛋白(Podocin)。结果两组患者治疗前后24 h-UPro、尿白蛋白/尿肌酐组内比较,差异均有统计学意义(P<0.05);两组治疗前后24 h-UPro、尿白蛋白/尿肌酐组间比较差异无统计学意义(均P>0.05)。两组患者治疗前后TNF-α组内、组间比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。治疗组尿PCX治疗前后比较,差异有统计学意义(P<0.01),对照组尿PCX治疗前后组间比较,差异无统计学意义(P=0.188);治疗组与对照组尿PCX治疗前后组间比较,差异均有统计学意义(P<0.01)。两组患者尿Nephrin、尿Podocin治疗前后组内、组间比较,差异均有统计学意义(P<0.05)。两组患者治疗前后中医症候积分组内及组间比较,差异均有统计学意义(P<0.01)。临床观察过程中,治疗组和对照组均未发生不良反应事件。结论与对照组相比,服用滋阴凉血汤的治疗组能更好的减轻慢性肾炎患者的相关症状,改善患者的免疫炎症损伤及肾小球足细胞损伤,从而达到降低蛋白尿、延缓疾病进展的目的。

降雨引起的两类不同浅层滑坡稳定性的计算模型——与“浅层黄土滑坡易发性评价:以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例”一文商榷

在“浅层黄土滑坡易发性评价:以晋西黄土区蔡家川农地小流域为例”一文中,采用SHALSTAB模型评价降雨引起的黄土斜坡浅层滑移稳定性。该模型是将降雨引起的斜坡水文模型和无限边坡稳定性评价模型结合,便于在MAPGIS中提取地形要素,进行区域性斜坡稳定性评价。模型假定基岩与松散层界面是滑动面,降雨在松散层中形成地下水,并平行基岩面向坡下流动,且为稳定流,排泄量与其上游汇水区的降雨量均衡。可以看出,SHALSTAB模型不适用于黄土斜坡。黄土为厚层非饱和土,斜坡中不存在类似于基岩面的隔水界面,也不会形成平行坡面的地下水流。降雨主要是向下入渗在黄土中形成一个湿润带,湿润带中的水不是潜水,而是毛细悬挂水,其中的孔隙水压力为接近0的一个负值,不存在SHALSTAB模型中的正孔隙水压力,因此在选用模型时,必须仔细甄别其适用条件。

Q2黄土湿陷系数试验压力取值的讨论

湿陷系数是评价黄土湿陷性的指标,由室内试验测定,湿陷系数与试验压力有关,一般情况下采用地基实际压力作为试验压力是最合理的,但考虑到实际压力在勘察阶段尚不确定,我国历代湿陷性黄土地区建筑规范或标准制定了试验压力的取值方案,先后有较大的调整。现行《湿陷性黄土地区建筑标准》(GB 50025—2018)对浅层马兰黄土的试验压力取值比较符合实际,而对较深Q_(2)黄土的试验压力取值还需探讨。以甘肃正宁华能电厂湿陷性黄土地基为例,对35.0 m深探井中的Q_(2)-Q4黄土按1.0 m取样做了基本物理指标和双线法高压湿陷性试验,获得了各级压力下的湿陷系数。根据试验结果,给定不同基础宽度和不同基底压力,对比了按现行标准规定的压力和实际压力下的湿陷系数随深度的变化。分析结果表明:(1)湿陷系数随压力的变化存在一个峰值,Q_(2)黄土湿陷起始压力和湿陷系数峰值对应的压力明显高于Q_(3)黄土,Q_(2)黄土的湿陷系数峰值比Q_(3)黄土的小,且随深度有减小趋势;(2)现行标准规定压力下确定的湿陷系数和湿陷沉降在Q_(3)黄土中与实际压力下的比较接近,在Q_(2)黄土中与实际压力下的随深度偏离越来越远;(3)为此提出了一个试验压力的修正方案,用修正的试验压力确定的湿陷系数和湿陷沉降与实际压力下的值较为接近。研究结果对黄土湿陷性评价具有一定的工程意义。

泰勒数在边坡稳定性的应用研究

边坡稳定性研究时会涉及大量的参数,但过多的参数交织到一起运算分析,会使计算过程过于繁琐且参数之间会互相影响,因此参数的整合尤为重要。泰勒将坡高H、黏聚力c和重度γ直接整合成泰勒数N,可有效减少参数,便于分析和研究。运用Slope/W软件验证泰勒图表法中的曲线,结果证明泰勒数在边坡稳定性分析中是可用的;通过泰勒数在边坡可靠度的应用研究,进一步证明泰勒数在边坡稳定性分析中具有指导意义。

不同吸力和应力路径下Q_(3)原状黄土的力学特性

为了研究吸力和应力路径对兰州Q_(3)原状黄土应力应变、临界状态和强度等力学特性的影响,用GDS非饱和三轴仪对不同吸力原状黄土试样进行了应力路径(等向压缩(IC),常规三轴剪切(CTC),等平均应力三轴剪切(TC),减围压三轴剪切(RTC))压缩试验,试验结果表明:(1)随着吸力的增加,试样的弹性指数变化不大,而结构屈服应力和塑性指数增加;(2)应力路径和吸力对原状黄土的初始模量、硬化程度、抗剪强度、剪缩剪胀有明显影响,随着吸力增大,RTC路径下的应力应变曲线出现软化和剪胀现象,不同剪切路径下试样破坏偏应力大小顺序为CTC>TC>RTC;(3)不同应力路径的q-p和v-lgp临界状态点皆收敛在一条直线上,不同吸力下的临界状态线近似平行,不同吸力和应力路径的q-p和v-lgp临界状态线可以进行归一,并提出了统一临界状态方程;(4)随着吸力的增加,原状黄土的内粘聚力增加,而内摩擦角几乎不变,应力路径对抗剪强度参数没有影响。

山区城市地下空间资源评价与开发利用模式——以延安市为例

山区城市受地形地貌条件的限制,面临建设用地不足、交通拥挤、人口密集的压力,地表空间严重短缺。然而,特殊的地形地貌与地质环境条件却有利于地下空间的开发利用。地下空间将成为山区城市发展中的一种宝贵资源。本文以黄土高原丘陵沟壑区的延安市为例,基于地形、岩土、水文地质和地质灾害等地质环境条件,并考虑文物保护区及城市功能设施、空间需求及经济因素,评估了延安市区376.68 km^2地下空间天然资源量、可开发资源量,对河谷以下50 m及川道两侧1 km内的地下空间资源适宜性进行了定性评估。结果表明,延安市地下空间资源丰富;地下空间天然资源量、可开发资源量约为188.35、174.48亿方;地下0^-10 m,-10^-30 m,-30^-50 m适宜开发的地下空间资源量分别为23.25、11.52、1.44亿方,较适宜开发的分别为4.18、62.44、71.65亿方,沿川道两侧适宜开发的侧向山体空间资源量为12.29亿方,较适宜开发的资源量为81.50亿方;延安市围岩类别自Ⅱ-Ⅵ级,其中Ⅱ-Ⅳ级围岩工程性质良好,有利于地下空间开发。本文提出了"垂向地下+侧向山体"地下空间组合开发的理念,同时提出了延安市地面建设和地下空间协同开发方案,这将成为延安乃至其他山区城市发展的一种新模式。

陕西泾阳“3·8”蒋刘黄土滑坡成因及运动特征分析

2016年3月8日上午泾阳南塬蒋刘村附近发生一起黄土滑坡-泥流。调查发现:滑坡区地下水位已经到达了坡脚,多处出现冒水点,地表垂直溶蚀裂缝发育,同时后缘深部多处可见贯通的裂隙,为水流入渗提供了优势通道。测试了滑源区土体体积含水量,发现滑坡区古土壤的隔水效应很强,导致古土壤层形成滞水层,黄土层开始积水,形成高含水量带,从而形成易滑层,导致"3·8"蒋刘黄土滑坡失稳。利用LS_RAPID软件对滑坡的运动过程进行了分析,结果显示:整体运动过程分为4个阶段:0~4.0 s为滑坡的启动阶段,坡体迅速坍塌,最大速度达到了10.3 m·s^(-1);4.0~4.9 s为坡体与地面的接触碰撞阶段,滑体开始减速,在4.9 s的时候减到了7.3 m·s^(-1);4.9~6.7 s为二次加速阶段,滑坡体在平坦的阶地上形成了泥流,加速前行,最大速度达到了18.4 m·s^(-1);6.7~29.5 s为减速停止阶段,滑坡动能逐渐散尽,运动停止。滑坡最终滑动距离达到275 m,滑动时间29.5 s,滑动距离与堆积范围和野外调查基本一致。

不同干密度压实黄土的非饱和渗透性曲线特征及其与孔隙分布的关系

压实黄土在水分入渗条件下容易产生湿陷、不均匀沉降等工程地质问题,因此有必要对其渗透特性进行研究。本文采用基于滤纸法的竖直土柱试验测试了3种不同干密度压实黄土全吸力范围的渗透性曲线。试验结果表明,压实黄土的渗透性曲线随着基质吸力减小分为缓升段、陡升段和饱和段三个阶段,且干密度越小的土三段特征越明显。压实黄土干密度的差异主要影响低吸力段渗透系数,干密度越大,渗透系数越小;基本不影响高吸力段渗透系数。由于渗透系数与孔隙分布密切相关,孔隙越多渗透性越强。因此本文用压汞试验测得了3种土样的孔隙分布曲线。试验表明不同干密度的压实黄土,微孔数量基本相同,对应吸力范围的渗透系数也相同;孔径为1.3μm<d<8μm的小孔数量随干密度增大而减小,对应吸力范围的渗透系数也相应地减小;中孔、大孔数量很少,其对土样的渗透性的影响甚微。这反映了渗透性受孔隙分布控制的内在机理。

击实黄土孔隙结构对土水特征的影响分析

土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率(小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%)下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。

非饱和土粒间毛细作用的微观不连续变形分析

非饱和土粒间毛细水作用是其基质吸力的主要来源。本文基于二维非连续变形分析算法(DDA),建立了一种能够模拟不同饱和度下毛细水分布状态及计算土水特征曲线的扩展DDA算法。该算法首先通过反复迭代的方式来计算出不同饱和度下毛细水弯液面的半径,并利用圆心轨迹交汇法确定粒间毛细水弯液面与颗粒的搭接位置,从而确定各个颗粒表面被毛细水浸湿的区域。而后利用Young-Laplace方程计算出各个浸湿区域毛细负压的大小,并将其与表面张力添加到传统DDA算法控制方程中。为验证该算法,参照真实黄土中含量最多的粗颗粒建立一理想黄土微观土骨架模型,模拟了不同饱和度下土体中的毛细水分布状态,并获得了土水特征曲线。将模拟结果与实测的土水特征曲线进行对比分析,结果显示预测值和实测值基本一致,该方法能够从微观上揭示非饱和土粒间吸力作用的本质。

水致黄土深层滑坡灾变机理

在黄土地区,雨后观测和人工降雨试验均表明地表水在黄土中的入渗深度有限,并不影响黄土深部的含水率。因此水分入渗是否直接造成斜坡深层滑移颇受争议。本文通过黄土地区自然降雨条件下的现场观测,发现地表水在黄土中的入渗沿垂直剖面可以划分为3个带:即活动带,稳定带和饱和带。活动带受大气降雨和蒸发的影响,为瞬态流,向下则转化为稳定流;稳定带含水率不变,但仍有稳定的水分运移至地下水位。地下水以下降泉的形式排泄。在入渗和排泄条件长期不变的情况下,地下水位可维持动态平衡。若地表入渗量加大,如灌溉或管道漏水等,稳定带含水率升高,并伴随地下水位抬升,以达到新的平衡,此水文动态转化过程会诱发滑坡。以延炼滑坡为例,分析了长期地表水间歇性滴渗条件下,边坡的水力动态变化过程,及其对边坡稳定性的影响。观测及分析结果表明,黄土深层滑坡主要与地表水入渗导致的地下水位抬升有关,由于其过程缓慢,容易被忽视而致灾。

不同沉积环境下马兰黄土孔隙分布与土水特征的模式分析

为研究黄土的孔隙分布(PSD)和土-水特征曲线(SWCC)与黄土沉积环境的关系,在甘肃榆中县和平镇和正宁县及陕西泾阳县等黄土台塬上部采取原状马兰黄土样,先测定其基本物理指标,再用压汞法测得各土样的PSD曲线,同时用滤纸法测得其SWCC。结果表明:和平镇马兰黄土的PSD曲线为单峰形态,泾阳县马兰黄土的PSD曲线为双峰形态,正宁马兰黄土的PSD曲线具有三峰特点。各土样的SWCC具有与PSD曲线相对应的阶梯状形态。SWCC与PSD曲线之间的对应关系,说明黄土的土水特征受孔隙分布的控制。获取3个原状样扫描电镜图像,微结构显示出这种地域性分异现象。对各采样点的气候环境分析表明,黄土PSD曲线之间的差异主要是由成土作用强弱决定的。将降水量与蒸发量的比值定义为蒸渗系数(CEI),作为刻画成土作用强弱的指标。发现当CEI≤0.3时,PSD曲线为单峰模式;0.3<CEI≤0.4时,PSD曲线为双峰模式;0.4<CEI≤0.5时,PSD曲线为三峰模式,相应的SWCC分别为单拐点、双拐点和三拐点模式。

对水致黄土斜坡破坏模式及稳定性分析原则的思考

水对斜坡作用包括地表水流动作用和地表水入渗作用,地表水流动作用,如水库、河流的岸坡破坏,由水动力侵蚀所引起。目前黄土中地表水入渗影响下的斜坡稳定性分析存在一些概念含糊的问题,如忽略了入渗过程的应力路径,只考虑其破坏时的应力状态,这会导致对其破机理和稳定性计算参数取值的误判,文章只针对该类问题进行辨析讨论。黄土中地表水的入渗一般有降雨和灌溉两种,伴随降雨入渗多引起斜坡浅层破坏;灌溉导致地下水位上升则引起深层滑移。地表水入渗对斜坡总应力改变不大,水致斜坡破坏主要是孔隙水压力上升,土体有效应力降低所致。非饱和黄土中的初始孔隙水压力为负值,降雨入渗后的浅层黄土仍处于非饱和状态,孔压最大升到0;灌溉会引起地下水位抬升,潜水位下为正的孔隙水压力。明确了孔压变化过程,就可以用有效强度评价边坡稳定性。同时,目前一些观点认为关于流动性黄土滑坡是静态引起,这颠倒了因果关系,是滑移引起了液化,而不是液化导致的滑移。

毛细水作用下非饱和土压缩过程的微观非连续变形数值分析

研究非饱和土微结构的动态演化规律对认识非饱和土宏观物理力学行为的本质有重要意义。然而目前岩土学界对此尚不清楚。文章提出利用毛细水算法进行非饱和土压缩数值试验,研究其宏观变形过程中土水作用与孔隙的演变规律。首先参考黄土骨架颗粒的形态和优势颗粒的大小,建立了540μm×400μm理想的非饱和土微观结构模型;其次利用毛细水模型计算某一含水率下水分分布及毛细力,并将此毛细力施加于土粒之间;然后施加外荷载,对含水率为5%、10%、18%的3个模型土样进行压缩模拟。模拟结果表明:模拟获得的压缩曲线与同工况试验曲线表现出了相同的变化规律,表明该模拟一定程度上能够反映土体在压缩过程中的宏观变形特征;在压缩过程中,随土体的变形,饱和度和基质吸力分别呈上升和下降趋势,且变化程度与含水率有关,表现为含水率越高,饱和度涨幅越大,而基质吸力却在土样干燥和近饱和时降幅较大;土体孔隙结构的演化形式与体积含水率有关,低含水率时孔隙以收缩变形为主,高含水率时以大孔隙压密为更小类型的孔隙为主。模拟结果可作为实验结果的有益补充,加深对土体宏观变形行为的认识。

陇东黄土工程地质分层及其物理特性

对很厚的黄土地层,合理地进行工程地质分层是场地工程地质评价的前提。为此,本文利用甘肃陇东黄土塬顶开挖的-100 m深人工水井,沿井壁及剖面露头对黄土-古土壤地层序列进行了详细编录,通过与标准剖面对比,确定了其磁性地层、岩性地层及时代地层单位。在井壁及剖面露头上按0.5 m间距采样,室内测定了其颗粒成分及基本物理性质指标,对这些指标随深度的变化规律进行了分析,将整个黄土地层划分为16个工程地质层。同一时代的黄土地层在同一沉积单元内的性质相对均一,因此整个黄土高原地区可参考该方案进行工程地质分层。

考虑温度效应的延安新区压实黄土全吸力范围持水和渗透特性研究

干旱和半干旱黄土地区的压实土路基、垃圾填埋场黄土盖层等的持水特性和渗透特性均受温度影响。为了探究温度对全吸力范围内压实黄土水力特性的影响规律和内在机制,基于滤纸法和自行研发的小土柱试验装置对不同温度下延安新区压实黄土的土-水特征曲线(SWCC)以及渗透性曲线(HCC)进行测定。结果表明:在黄土SWCC的高吸力段体积含水率随温度升高而减小,低吸力段受温度影响不明显;黄土渗透曲线则是在低吸力段受温度影响显著,温度越高渗透性越强,当土体吸力增大或体积含水率减小至一定值后,温度对土体渗透性的影响可忽略不计。基于此结果,将改进的van Genuchten(VG)模型作为可考虑温度影响的SWCC预测函数,通过拟合实测数据得出温度相关参数并进行验证;对于渗透性曲线,以90 kPa基质吸力为分段点,在低吸力段和高吸力段分别采用统计模型和幂函数进行分段预测,能够得到与实测数据吻合较好的预测结果。

厚层非饱和黄土中优势流和活塞流的讨论

厚层黄土中包气带水的运动方式一直存在争议。一种认为是活塞流,另一种认为是优势流,也有人认为两者并存。本文通过现场观测和两个模型试验,揭示活塞流是包气带中水分的特有的运移方式;基于非饱和土的土水特征,进一步证明优势流仅存在于饱和土中。自然界的黄土多处于非饱和状态,因此活塞流是黄土包气带中水的主要运移方式,而优势流是暂态和局部的,仅出现在降雨时期的浅层饱和区,或者低洼的汇水区。黄土中的垂直节理、卸荷裂隙、动物洞穴和植物根孔等优势通道是地表汇流的排水通道,而不是地下水的补给通道。

黄土沉积过程及微结构模型的非连续变形分析

黄土是一种具有特殊结构的多孔隙、弱胶结的松散沉积物,存在典型的微观架空结构,其力学行为是微观结构变形与破坏的宏观体现。从本质上揭示黄土的力学行为,需从黄土微结构出发,而黄土的物质组成和微结构特征受其特殊的风积成因所控制,基于此本文提出了一种模拟黄土沉积过程并构建其初始结构模型的方法。为了生成黄土沉积后所形成的微结构模型,并对其进行变形模拟,首先在确定黄土颗粒形态的基础上利用Monte Carlo法生成沉积前的黄土颗粒群,然后引入非连续变形分析方法(DDA)模拟颗粒的下落,该方法能够模拟颗粒下落过程中的相互碰撞及摩擦,由此建立与实际比较接近的黄土初始结构模型。从模型中可以识别出大、中、小3类孔隙结构和台阶(staircase)、重叠(stack)、点接触(point contact)、T型4种接触形式。对所生成的黄土结构模型进行不同压力下的压缩试验,选择不同部位的颗粒作出了径向分布函数,从微观角度说明了黄土在压缩过程中大孔隙和架空结构会首先被破坏。设计了与数值模拟相同条件下的物理模型试验,将两者试验结果进行对比,结果表明数值模拟与物理模型试验的e-lgp压缩曲线的趋势大致相同,表明所提出方法是可行的。该方法为进一步开展黄土力学行为的微观分析提供了基础。

牧民定居视角下的新型乡村振兴建设——以新疆塔塔尔乡Y村为例

“牧改居”工程是国家全面建设小康社会的主要组成部分。通过对Y村进行调查,发现牧民定居后出现以下情况:草场生态环境得到改善,居民生活水平得到提高,乡村多元驱动态势明显。但Y村在实现“安居”向“乐业”转变过程中也存在一些新问题:生计经济向商品经济发展的不适应,劳动力素质难以适应城镇化、工业化要求,发展多元经济驱动产业的同质性竞争严重,特色产业定位不准等。为实现乡村可持续发展提出如下对策建议:建立草畜联营合作社,合理界定草场产权,保护生态环境;加快人力资本的开发,推动人口城市化进程;加强产业联动,推动“1+2+3”产业的融合发展,探索建设新型乡村振兴之路。