风积砂-黄土混合料与钢界面的环形剪切力学特性

黄土高原北侧与诸多沙漠接壤,形成了广泛分布的风积砂-黄土混合区。不同比例条件下的风积砂-黄土混合料会呈现不同的物理力学特征,且风积砂-黄土混合料地基现场施工和使用过程中常与其他材料产生界面接触力学行为,相关研究目前鲜有述及。鉴于此,本工作获得了不同掺砂率条件下的混合料最大干密度,配制相同压实度和不同掺砂率的风积砂-黄土混合料环状试样,开展不同竖向压力和剪切速率条件下的混合料与钢制界面的环形剪切试验,借助扫描电镜观测不同混合料的颗粒分布特征以及颗粒破碎特征,揭示风积砂-黄土混合料与钢制界面环形条件下的残余强度形成机制。结果表明,随着掺砂率的增大,风积砂-黄土混合料的物理力学特征由黄土向砂土过渡。竖向压力小于100 kPa条件下,混合料产生剪胀的概率增大。混合料与钢界面之间的残余强度与竖向压力呈线性关系,变化趋势符合摩尔-库仑定律。随着掺砂率的增大,风积砂颗粒破碎效应增大,混合料与钢界面之间的残余内摩擦角及残余黏聚力均会减小。剪切速率的增大会缩短混合料与钢界面之间的接触时间,两者之间的接触、咬合效应尚不足以发挥作用进而减小了界面残余强度。研究结果预测了风积砂中掺入黄土的比例,可以为风积砂地基处理提供有益参考,也可为风积砂-黄土混合料施工力学行为研究提供科学借鉴。

陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害模型试验研究

为探究陕北油田黄土工区道路冲蚀灾害特征及路面细沟冲蚀影响因素,采用物理模型试验,对道路细沟冲蚀发育过程,不同工况下细沟长度、平均宽度以及平均深度的发展特征和产沙速率变化规律进行了研究。结果表明:细沟的发育过程可分为面蚀阶段,跌坑形成阶段,细沟发育阶段,切沟侵蚀、崩塌阶段4个阶段。细沟长度、平均宽度和平均深度与放水时间成幂函数关系,随着放水时间的增大而增大。其中细沟长度随着试验时长的增加先急剧增加,然后逐渐减少;细沟平均宽度随试验时长的增加总体呈现先快速增加后增加速度减慢;平均深度变化速度均在某一时刻达到拐点,流量越大达到拐点的时间越早。冲蚀灾害受流量和坡度影响显著,总体上随着坡度和流量的增大而增大;产沙速率总体上与流量呈线性关系,在其他条件一致的情况下,产沙速率随着流量的增大而增大;与南部的粉黄土和黏黄土相比,陕北油田工区的砂黄土产沙速率明显偏大,冲蚀灾害更为严重。

黄土改良砂土的三轴剪切渗透试验

研究大方量砂土的改良,综合考虑材料易得性、工程造价需求,采用黏粒含量较低的黄土对砂土进行改良,并深入探究应力场与渗流场的耦合作用,为实际工程中类似工况提供一种相对经济而且有效的改良方法。以晋中地区砂土为研究对象,借助应力应变控制式三轴剪切渗透试验仪,探究黄土对砂土应力-渗流耦合关系的影响,分析多因素耦合下砂土强度和渗透性的变化。结果表明:在剪切过程中,砂土的强度随含水率增大而减小,随围压的增大而减小,其受黄土掺量影响最大;砂土渗透性随应力变化而变化,渗透系数随着轴向应力的增大而减小,且砂土渗透系数随着黄土掺量的增大出现数量级的下降。根据砂土应力-渗流耦合试验所提供的数据分析,证明掺入当地黄土对于改善砂土性质的有效性。尽管当地黄土和黏土在黏性上有一定差异,但其在强度、渗透性等方面的特性依旧能够取得类似的改良效果。

陕北砂黄土地区输电线路塔基边坡问题治理对策研究

陕北砂黄土具有其特殊的物理力学性质,砂黄土边坡呈现一种特殊的变形破坏方式。通过综合分析陕北砂黄土变形破坏机制及输电线路塔基边坡的治理经验,得出陕北砂黄土地区输电线路砂黄土塔基边坡问题治理的对策及建议,并给出相关的工程实例予以论证分析。

黄河中游多沙粗沙区水沙变化影响因素研究

黄河中游地区黄土高原遭受严重侵蚀,随着治理工程实施,地区水土保持率逐年提高,生态显著改善。选取黄河中游多沙粗沙区的昕水河为研究区,利用水沙数据、无人机影像和淤地坝数据分析时间序列上的水沙变化趋势,定量计算降雨和人类活动对减沙效益的贡献率。结果表明,该地区输沙量显著减少,人类活动占主导作用,其对径流和泥沙的影响作用在2003年后大幅增强。

末次冰期以来鄱阳湖东北缘下蜀黄土常量元素地球化学特征及其物源指示

长江中游、鄱阳湖东北缘,末次冰期以来发育区域性风沙—风尘堆积体系。沿现代冬季风方向自北而南选取了10个剖面（通称D-D断面）采集下蜀黄土样品,并用湿筛法提取〈20μm粒级颗粒进行XRF元素分析,结果揭示：1自北而南,元素含量具有系统性变化特征,Sr O、Na2O、Ca O、K2O、Mn O、Ca O呈负对数函数关系,Si O2、Zr O2、Al2O3、Ti O2及化学蚀变指数（CIA）呈正对数变化;在距离长江河谷5~20 km的范围内,变化最为剧烈,随后趋于平稳。稳定元素—稳定元素、次稳定元素—稳定元素、活动元素—稳定元素对散点图同样具有系统的变化特点,显示D-D断面具有高度同源性。这些特征进一步揭示D-D断面属同一粉尘堆积体系。2现代长江河漫滩沉积物、渭南黄土、南京下蜀黄土与D-D断面上北端剖面稳定元素组成极其相似,与南端剖面则差异较大。这揭示了长江碎屑物质和风尘堆积一样具有广泛的来源及高度混合性,利用常量元素地球化学方法进行粉尘物源示踪需要谨慎。

遥感技术在蒙华铁路地质勘察中的应用研究

研究目的:蒙西至华中地区铁路通道工程浩勒报吉至三门峡段风沙、煤窑采空、黄土滑坡、崩塌等不良地质发育,同时沿线地貌类型复杂,沟壑纵横,大范围地面调绘工作开展困难。为优化地质调绘方法,提高不良地质勘察效率和质量,研究利用遥感判释技术进行沿线不良地质勘察。研究结论:(1)研究采用高分辨率遥感和三维遥感技术相结合的方法,进行沿线不良地质遥感判释,查明了沿线不良地质分布特征;(2)划分出沿线毛乌苏沙漠区风沙分布特征,识别出煤窑采空分布范围,判释出270余处黄土滑坡和崩塌,判释准确率高于85%;(3)高分辨率遥感和三维遥感技术的综合应用可满足多类型不良地质勘察的需要,为地质选线提供了直接参考;(4)该研究成果可应用于艰险山区长大线路工程不良地质勘察工作。

中国北方沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀过程与未来趋向探析

中国北方有大面积的土地被沙漠和黄土覆盖,是现代沉积和侵蚀比较活跃的地区。强烈的地表过程不仅影响着区域的生产生活活动,还通过粉尘传输影响北半球甚至于更大范围的气候和环境。长期以来,由于综合研究不够,对沙漠-黄土体系的沉积和侵蚀规律以及未来趋向的认识有限。结合对沙漠沙地-黄土沉积的高密度光释光年代测试结果,基于地统计法和遥感分析的黄土堆积量估算以及现代降尘、地表侵蚀的观察研究,认为沙漠沙地-黄土堆积区的沉积和侵蚀过程受气候变化控制,这里既是堆积区,又是侵蚀区,处于动态变化过程中;黄土比沙地沉积保存着更完整的过去气候变化信息。黄土高原水蚀和风蚀在地质历史时期就存在,人类活动加强了侵蚀过程,但可能还没有实质性地改变这一趋向。通过对地质记录和古气候模拟结果的分析,在未来全球变暖的背景下,沙地地区可能由于有效湿度减少变干而使风尘活动加强,黄土高原地区的粉尘沉积速率也将随之加快。

黄土高原北部坍窑灾害的形成机理分析

对黄土高原北部黄土坍窑灾害的调查和室内试验分析表明 ,在该区不断发生的坍窑灾害实际上是黄土边坡滑塌的一种表现形式 ,其分布与黄土颗粒成分变化的地带性密切相关 ,坍窑灾害的形成主要受黄土本身的物质组成、结构及力学性质控制。本文在实例剖析的基础上 ,分析了黄土坍窑灾害的形成机理 ,并提出了针对性的防治对策。

砂层在黄土中的减渗作用及其计算

本文根据非饱和土壤水的达西定律,对砂层在黄土中的减渗作用及在整个过程中使入渗率由非线性衰减阶段转为线性稳渗阶段的机理做了分析论述。在此基础上提出了不同砂层质地(中值粒径d50 )与埋深条件下稳渗率fp 的计算方法,建立了砂层质地的中值粒径d50 及埋深Z与吸力值Sm 的关系。根据水量平衡原理,得到了入渗过程中由非线性衰减阶段开始进入稳渗阶段的时间t1 。经试验资料验证,以上计算式不仅计算精度较好,且具有一定的实用性,特别是在缺少土、砂水分运动参数的情况下。

陕北晋西黄土滑塌灾害的初步研究——以西气东输工程为例

黄土滑塌灾害是黄土高原北部地区的一种特殊斜坡变形破坏类型。由于其突发性和频繁发生的特点 ,常造成大批窑洞、房屋倒塌和人员伤亡 ,并给该区铁路、公路和长输管道建设造成严重危害。由于黄土滑塌灾害具有“滑坡”和“崩塌”两种机制和“先滑后塌”的变形破坏过程 ,以往常把它们作为“滑坡”或“崩塌”来研究。作者通过陕西靖边县至山西蒲县间 30 0km黄土地质灾害的野外调查和室内的微观分析 ,发现黄土滑塌灾害的发生主要受黄土粘粒含量的控制 ,因此在空间上具有鲜明的地域性 :<0 .0 0 5mm粘粒含量 <10 %的砂黄土区是滑塌灾害严重发育区 ;<0 .0 0 5mm粘粒含量在 10 %～ 2 0 %之间的典型黄土区是滑塌灾害弱发育区 ;<0 .0 0 5mm粘粒含量≥ 2 0 %的粘黄土区是滑塌灾害不发育区。作者在黄土滑塌灾害产生机理和形成条件研究的基础上提出了相应的工程对策。

Q_3砂黄土真三轴强度变形特性研究

为了研究Q3砂黄土强度变形特性,以甘肃永靖黑方台Q3砂黄土为研究对象,利用西安理工大学研制的真三轴仪,进行了3个围压(50、100 kPa和200 kPa)、3个b值(0、0.25和0.5)和3个含水率(5%、10%和15%)不同工况试样破坏情况的真三轴试验。试验结果发现:(1)真三轴条件下Q3砂黄土剪切破坏方式以侧胀破坏、单缝剪切破坏为主,其次少数土样发生锥形破坏、双缝剪切破坏和T型缝剪切破坏。(2)相同围压和含水率、不同中主应力比(b)的情况下,Q3砂黄土的主应力差随中主应力比增大而增大,应力-应变关系曲线为强硬化型,剪胀现象明显;中主应力比对广义剪应力和广义剪应变之间关系有一定影响,随b值增加,曲线依次增加;随b值的增加,强度降低,广义剪应力与平均球应力比(q/p)与主应变关系曲线逐渐变缓,且曲线依次降低。(3)随含水率增加,Q3砂黄土由固态向半固态转化过程中,不同中主应力比时黏聚力均出现明显降低,但内摩擦角则出现微小增加。

陕北晋西砂黄土的胶结物与胶结作用研究

在野外调查的基础上,采用SEM、XRD、土壤物理和土壤化学等方法,对陕北晋西12个县市的48个马兰黄土样品进 行了全分散法粒度组成测定、聚集体分析以及黄土胶结物组成的测试分析。结果表明,砂黄土中的粘土矿物和超细碳酸盐、 游离氧化物和有机质等胶结物质主要是以聚集体包膜的形式存在于碎屑颗粒表面,并构成砂黄土骨架间的结构联结,具有弱 胶结特性。砂黄土中粘土矿物和有机质为非水稳性胶结物质,仅在干燥状态具有较弱的胶结作用;黄土中的CaCO3呈粗颗粒 骨架和细分散超细碳酸钙两种形式存在,并分别起着骨架作用和胶结作用,超细碳酸钙为不可逆的胶结材料,在聚集体形成、 保存以及聚集体与碎屑颗粒之间的联结方面发挥着重要作用;非晶质游离氧化物(SiO2、Fe2O3、Al2O3)含量虽低,但由于他们 是以薄膜形式分布在颗粒表面,在黄土胶结作用中也是不可忽视的,并与上述各种胶结物共同起作用。通过统计分析认为, 凝聚系数可以较好地反映黄土的胶结程度,成为联系黄土胶结特性与黄土物理力学性质之间的桥梁。黄土胶结物组成及其 胶结机理的研究不仅有助于深化砂黄土工程特性的认识,而且对揭示黄土高原表生地球化学环境具有重要意义。

中国北方晚第四纪气候变化的沙漠与黄土记录——以光释光年代为基础的直接对比

中国北方有约200×10^4km^2的面积被黄土、沙漠和荒漠戈壁沉积物覆盖，这些地区堆积物的形成变化与第四纪气候变化密切相关。关于中国北方沙漠与黄土记录晚第四纪古气候变化的研究不少，但是，由于受到方法和条件等限制，系统的（高密度的）和独立的年代学工作比较薄弱，从而使诸多已经发表的关于沙漠-黄土记录的亚轨道时间尺度气候变化的结论受到质疑。文章通过对黄土高原代表性的4个末次冰期以来的黄土剖面以及毛乌素、浑善达克和科尔沁沙地的20多个末次冰期-全新世的沙-砂质古土壤剖面的研究，获得了150多个独立的光释光年龄数据。在此基础上，结合200多个样品的粒度、有机质含量和磁化率数据，重建末次冰期以来中国北方气候变化过程，对比分析沙地与黄土古气候记录的联系。结果表明，中国北方古气候在57．5—52．5kaB．P．相对干旱，41．5—37．3kaB．P．相对湿润，26—22kaB．P．逐渐干旱，22—18kaB．P．极端干旱，15—10kaB．P．干旱，10—8kaB．P．为干旱减弱的时期，8．0—2．4kaB．P．相对湿润，而2．4kaB．P．以来气候为相对干旱。其间，在8．0—2．4kaB．P．的湿润时期有几次干旱事件，而2．4kaB．P．以来气候变化频繁。具有独立年代控制的黄土和沙漠记录表明，中国北方的气候变化对轨道时间尺度的太阳辐射变化有大约3—4ka的滞后。

砂黄土高边坡稳定性的数值模拟研究

基于野外调查和室内试验分析,阐述了黄土高原北部砂黄土边坡破坏的主要形式及其影响因素。结合陕北高等级公路建设,采用弹塑性有限元法模拟了不同工程开挖条件下坡形、降雨和地震作用等因素对砂黄土高边坡稳定性的影响。结果表明,随着坡角或坡高的增大,边坡稳定性不断变差,阶状坡形比一坡到顶的坡形更利于边坡稳定和防护;降雨作用对边坡稳定影响极大,在坡脚积水的情况下,坡脚处塑性应变值比常态增加近20倍;地震作用促使坡脚应力和应变值升高,并且随着地震动峰值加速度的增大而变化显著。模拟分析结果为砂黄土高边坡优化设计和灾害治理提供了科学依据。

黄土液化与砂土液化的差异浅析

初步分析了黄土与砂土在液化机理、孔压增长模型、体积压缩系数以及渗透系数方面的差异以便认识黄土液化具有的孔压增长快、消散慢和沉降大的特性。

陇西盆地末次冰期黄土粒度特征及其环境意义

顺着风成堆积物搬运的主导方向,对黄土高原西部的末次冰期以来的24个风成堆积物剖面的粒度进行了系统分析,对比各个粒度指标,分析了粒度的空间分布特征,提取了最为敏感的粒度指标,并在南北向大断面上建立了砂的百分含量与沙漠距离的数学模型,该模型与黄土高原中部有所不同。

黄土高原河谷城市潜在地震液化特征及灾害预测

以天水市区为例,在研究区内采集砂土和原状黄土试样,通过对所取试样的室内动三轴液化试验结果进行分析,探讨黄土高原河谷城市的土壤地震液化特征。采用Seed-Idriss简化判别法,对研究区内土壤在不同等效烈度地震作用下的液化势进行判别,并结合黄土高原河谷城市的地形地貌和地质构造特征,对黄土高原河谷城市土壤地震液化灾害进行预测。结果表明:黄土高原河谷城市的饱和土体在地震作用下,由于黄土质地疏松,抗液化强度更低,在Ⅶ度的地震作用下即可液化;液化不会产生喷水现象,但易导致滑坡和泥流灾害,其抗液化强度主要受密度和塑性指数的影响。砂土在Ⅷ度及以上地震作用下液化,且存在喷水冒砂现象,可导致地面开裂、地基不均匀沉降和建筑地基失稳破坏;粒径为影响砂土液化的最主要因素,粉砂比细砂更易液化。

库姆塔格沙漠东南缘BL剖面粒度记录的全新世快速气候事件

地质历史过程中全新世时期是一个温暖湿润的间冰期气候过程,中间出现过多次变冷或变干的快速气候事件。BL剖面位于库姆塔格沙漠东南缘,是一典型的风成砂黄土沉积地层,沉积厚度约350 cm。通过沉积地层光释光测年和沉积物粒度变化分析,结果显示:(1)BL剖面沉积的年代始于8.3 ka,处在全新世早期;(2)区域干旱气候条件下,反映冬季风的代用指标则以粗端组分含量为主,BL剖面沉积物平均粒度受到颗粒粗端的影响较大,对比3个不同粗颗粒组分含量所指示的古气候变化,选用>110μm的沉积物颗粒组分含量作为冬季风研究的替代性指标,具有较好的指示意义;(3)剖面粒度对全新世中晚期的6次气候快速变化过程均有不同程度的记录,其特点是对全球性冷事件敏感性较强,对干旱事件响应较弱。对库姆塔格沙漠地区全新世气候过程的研究,可为极端干旱区域气候对全球气候变化过程的响应提供一定借鉴。