吕梁山区马兰黄土抗剪强度参数的区域变化规律及其影响因素试验研究

为探索吕梁山区原状马兰黄土抗剪强度参数区域上的变化规律,以该地区29个区县94个取样点的马兰黄土为研究对象,通过直剪试验及其影响因素试验,分析区内马兰黄土抗剪强度参数的空间变化规律,及其抗剪强度参数c、φ与天然含水率、天然干密度、增湿含水率、含盐率等影响因素的变化规律。结果表明:在水平地域上,抗剪强度参数c、φ表现为东高西低、南高北低;在垂直空间上,表现为从表层向下黏聚力逐渐增大、内摩擦角逐渐降低的趋势;吕梁山东、西两侧原状马兰黄土抗剪强度参数c、φ受天然含水率、天然干密度的影响较小,离散程度较大;在天然状态条件下,随着含水率的增加,黏聚力c与增湿含水率具有良好的负指数函数关系,内摩擦角φ与增湿含水率呈负线性关系;在同一含水率条件下,含盐率与抗剪强度参数c、φ具有正相关关系;与含盐率相比,增湿含水率对c、φ的影响作用更为显著。该研究可为该地区马兰黄土地层的工程建设及防灾减灾工作提供基础和必备条件。

安哥拉红砂与中国马兰黄土渗透特性对比研究

通过室内变水头渗透试验和现场双环注水试验,测试了安哥拉罗安达红砂的渗透系数。基于试验结果并参考相关文献,对比分析了安哥拉红砂与中国马兰黄土的渗透特性。结果表明,室内试验测得的天然红砂渗透系数为现场试验测试结果的1/8,室内试验测得的压实红砂渗透系数与现场试验测试结果相近。红砂渗透系数的对数与孔隙比正相关,随孔隙比增加而线性增加,工程建设中可按孔隙比估算红砂渗透系数。天然状态下红砂渗透系数约为马兰黄土渗透系数的10倍,且现场试验结果均大于室内试验结果。红砂和马兰黄土均存在水平入渗和竖直入渗,但红砂的入渗距离大于马兰黄土。红砂入渗过程主要为非饱和渗透,而马兰黄土入渗过程主要为饱和渗透。研究结果可为红砂地区工程建设提供参考。

兰州马兰黄土的水敏感性特征

马兰黄土在水软化作用下,土体的物理、力学与水理性质呈现出明显的规律性,属典型的水敏感性地质体。通过多断面勘测,采用不同的原位及室内试验方法,分别在荷兰尤怀特大学和甘肃兰州对兰州地区马兰黄土的工程地质性质进行了系统测试。在大量试验资料的基础上,对兰州马兰黄土的水敏感性特征进行了多方法研究,根据试验室和原位测试结果,论述了兰州马兰黄土水理性质和抗剪强度的变化规律,划分了兰州马兰黄土类脆性变形和类塑性变形的界限,提出了兰州马兰黄土的多项临界指标参数。

兰州马兰黄土的物理力学特性

马兰黄土属水敏感性地质体,在水软化作用下,土体的物理力学与水理性质呈现出明显的规律性。采用不同的原位及室内试验方法,分别在兰州和荷兰尤怀特两地对兰州地区马兰黄土的工程地质性质进行了测试,系统研究了马兰黄土的物理力学特性。在大量黄土试验资料的基础上,对马兰黄土的工程地质特征进行了系统研究,重点论述了马兰黄土水敏感性和抗剪强度的变化规律,提出了马兰黄土的多项临界指标参数。

马兰黄土动强度及其微结构变化实验

黄土斜坡灾害已经成为黄土地区农村城镇化及交通建设的瓶颈,是当前地质灾害领域的研究热点。因震(振)动影响而降低黄土强度、改变黄土自身结构形态的研究是揭示黄土斜坡灾变机理的基础。基于GDS试验系统,采用应变控制等效正弦波逐级加载方式,进行马兰黄土动三轴试验;利用扫描电镜,观察马兰黄土试验前后微结构变化。试验结果表明:马兰黄土在循环加载过程中存在明显的应力松弛现象,应力松弛程度随围压和动应变增加而减小,而破坏动应力随围压增大而线性增大,依摩尔库伦破坏准则,作图得到马兰黄土动强度,和静强度比较,内摩擦角明显变小,而内聚力降低幅值较小。原因在于:马兰黄土的大孔架空微胶结结构在受循环动荷载作用下,微结构遭到一定程度破坏,颗粒接触关系从点-点接触为主转化为面-面接触为主,呈镶嵌微孔微胶结结构。

重塑马兰黄土渗透性试验研究

为了研究干密度和初始含水率对重塑黄土渗透性的影响,对延安新区I期工程所取的重塑马兰黄土进行了饱和渗透试验。结果表明:在非饱和状态,干密度对饱和时间的影响最为显著,饱和时间随干密度的增大而增大,而初始含水率对饱和时间的影响不明显。重塑马兰黄土的渗透系数随着干密度的增大而减小,其关系可以拟合为幂函数关系。在一定干密度范围内,渗透系数随初始含水率的增大而减小,其关系可以用直线关系拟合。渗透系数与孔隙比之间可以用幂函数关系拟合,渗透系数随孔隙比的减小而减小。初始含水率、干密度以及孔隙比都是影响重塑黄土渗透性的重要因素,其主要是通过对试样微结构的影响而影响渗透系数。该研究对延安新区的工程建设具有一定的理论指导和实际应用价值。

黑方台马兰黄土固结条件下孔隙变化特征

甘肃临夏地区的黑方台由于长期的农业灌溉导致台缘滑坡频发,整个台面普遍下沉3m以上.文章通过原状黄土的增湿固结实验、压汞试验和环境扫描电镜等对黑方台顶部和底部的原状黄土进行孔隙特征的分析.黑方台顶部黄土颗粒排列极为疏松、孔隙较大、黏土含量较低.底部黄土排列较为紧密,具有-定的孔隙,黏土含量较高.顶部黄土在固结实验中,21%含水量的黄土发生孔隙比突降,黄土的微观结构强度此时迅速减小或丧失.然而底部黄土没有发生明显的突变,水敏性不强.利用压汞试验确定了黑方台顶部黄土的孔隙主要压缩区间为孔径大于100μm、孔径5～20μm之间;底部黄土的孔隙主要压缩区间为孔径大于100μm、孔径1～10μm之间.而且孔径小于01μm的孔隙随含水量的升高具有增加的趋势.

赵家岸滑坡地区马兰黄土物理力学特性试验研究

浸水或增湿过程中,黄土特有的不稳定结构极易发生破坏,约束黄土的力学行为特征。通过粒度分析、扫描电镜和压汞实验对赵家岸滑坡地区黄土的微观结构进行分析,得到由上到下黏土的胶结作用升高,架空孔隙压缩明显,小孔隙几乎没有变化的特征。不同初始含水量条件下三轴压缩实验显示该区的顶部和底部黄土的强度均随初始含水量的增大而减小。由于底部黄土黏土胶结作用较高,黄土的强度减小速率大于顶部黄土。同时发现c值对于水的敏感性明显大于φ值,强度的降低主要是c值的减小导致。由于地下水位的升高,滑坡底部黄土的含水量增加,颗粒之间主要承担胶结作用的黏土矿物软化,导致附近的黄土微观结构持续破坏,导致赵家岸滑坡发生蠕动。

不同埋深马兰黄土孔隙结构试验

本文采用"注胶法"制得用以观察分析和定量研究的黄土微观结构试样,借助扫描电子显微镜和数字化图像分析系统,观察并讨论黄土孔隙结构特征及其随黄土埋深增加的变化规律。结果表明,不同埋深马兰黄土依据孔隙率或孔隙面积率分类均属于疏松多孔性土。黄土孔隙连通性随埋深增加逐渐减弱;埋深由小到大,马兰黄土孔隙的主要结构特征由相对不稳定的大、中架空孔隙,过渡为相对稳定的微、小镶嵌孔隙,定量表现为大、中孔隙面积率之和随黄土埋深的增加减小约63.04%,而小孔隙面积率增加约40.57%,微孔隙面积率增加约22.47%。通过对孔隙形状分布的分析,上述不同类型孔隙面积率的增加或减少主要源于细长形和不规则形孔隙面积的改变。此外,不同埋深马兰黄土中细长孔隙的面积在微、小、中、大孔隙的面积中均占主导地位。就孔隙数量而言,马兰黄土中微、小、中、大孔隙的数量随深度增加依次急剧减少,此现象主要由4种孔隙中圆孔数量的显著差异引起,表明圆孔的孔径多偏小。

黄河中游马兰黄土中若干微量元素的平均含量及相关性研究

本文根据采自山西、陕西、甘肃、宁夏四省区７１个县市的１３０个样点，共１４７块马兰黄土样品中１７种微量元素的分析结果，对马兰黄土中微量元素的含量和区域分布特征及相关性进行了研究。结果表明，黄河中游马兰黄土中绝大多数元素的平均值与地壳克拉克值差距较大，而与上部地壳的平均值接近。各元素在区域上的分布特征有三种类型：第一种如Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｖ、Ｗ、Ｓｎ和Ｓｅ等，自西北而东南含量增加；第二种如Ａｇ、Ｓｒ、Ｍｏ和Ｃｌ等，自西北而东南含量降低；第三种如Ｃｒ、Ｆ和Ｂ，由砂黄土－黄土－粘黄土，含量由低－高－低变化。相关系数计算结果表明，６６个元素对中有相关性的为３５对，反应许多微量元素在赋存状态或迁移富集规律上有密切联系。

马兰黄土黏性的试验研究与模型分析

黄土黏性性质研究对认识黄土地区各种地质灾害的发育规律具有重要的意义。通过马兰黄土的直剪试验及对试验结果的分析,提出一种简单实用的方法来测定马兰黄土的黏滞系数。应用等应变直剪仪对马兰黄土原状土样进行剪切松弛试验,运用三参量黏弹性固体模型对试验数据进行分析,以确定马兰黄土的黏滞系数。通过研究,计算出不同含水量情况下马兰黄土的黏滞系数。进一步对试验结果分析表明,当含水量为13%～35%时,马兰黄土的黏性随含水量增加而逐渐增大,随正应力的增加也逐渐增大。

降雨作用下马兰黄土渗透规律实验研究

通过自主研制的非饱和土直渗仪,对高为15cm、直径为12.5cm的圆柱形黄土试样进行降雨强度分别为16mm/h、50mm/h、70mm/h的渗透模拟试验,分析降水入渗深度、径流、富集量等与时间的对应关系,探究降水-黄土间的作用模式。得到实验结果:①不同雨强作用下,降水入渗锋面均呈漏斗状,凹面向下,均匀推进;②试验后试样含水率均超过液限,但随雨强增大含水率相应减小;③雨强16mm/h时无径流产生,雨强50mm/h、70mm/h时径流分别在试验开始29min和14min时形成;④降水入渗具有阶段性,雨强16mm/h,可分为快速下渗、缓慢下渗和匀速下渗三个阶段;雨强50mm/h、70mm/h,水开始入渗速率与土自身吸水能力有关,待上覆土饱和,水不仅受重力还受水驱动力的作用,入渗速度加快,最后稳定。获得结论包括:(1)雨强越大,水受重力和水力梯度作用越大,水下渗速度越快,充填孔隙的水就越少;(2)在雨强大于土体吸水能力的一定范围内,雨水补给量、径流量、下渗量以及充填量之间随降雨历时、入渗深度、孔隙度变化等因素出现相互制约、相互促进的关系;(3)试样完成渗流后,土体内形成稳定流,富集量与时间呈线性关系。

压实Q_3马兰黄土蠕变规律研究

为了研究压实Q3马兰黄土的蠕变特性,开展不同压实度、不同含水量下压实土的单轴排水与不排水蠕变试验,得到其轴向应变-应力-时间关系,采用已有的经验模型及H-K、Burgers、M-B元件模型分别描述其蠕变规律并对比分析其适宜性,采用能综合反映蠕变特性参数的等效蠕变模量E(t)来分析不同因素对蠕变规律敏感性。研究结果表明:Q3马兰黄土的蠕变特性对含水量敏感程度较大,对压实度次之,排水条件对低含水量和低压实度土体的蠕变特性敏感程度较大;采用M-B元件模型能够较准确地描述其瞬时弹性应变、衰减蠕变和稳定粘滞流动三个阶段,通过等效蠕变模量E(t)能够较好地反映不同初始条件下的蠕变效应,得到了E(t)与含水量w和轴向荷载σ0的经验公式。

郑州邙山马兰黄土的光释光(OSL)测年初步研究

对郑州市西北邙山黄土塬赵下峪（３４°５８′Ｎ，１１３°２２′Ｅ）剖面上部马兰黄土（厚约８７ｍ）不同层位的２４个样品作了细颗粒（４—１１μｍ）组分红外释光（ＩＲＳＬ）测年，其中８个样品同时进行了细颗粒组分绿光释光（ＧＬＳＬ）测年。样品的ＩＲＳＬ和ＧＬＳＬ信号强度都在Ｄａｙｂｒｅａｋ１１００ＴＬ／ＯＳＬ检测系统中测量。该系统的本底计数为７０—８０光子／秒。被检测的ＩＲＳＬ和ＧＬＳＬ波长分别为３４０—４８０ｎｍ和３４０±２５ｎｍ；激发光束波长分别为８８０±８０ｎｍ和５１４±１４ｎｍ，功率为１８ｍＷ和１５—１６ｍＷ。所有样品的等效剂量都用再生释光法测定；环境剂量率是通过测定样品的铀、钍和钾含量，按Ａｉｔｋｅｎ（１９８５）的转换系数确定的，考虑了含水量的影响及宇宙射线的贡献。从这批样品的光释光测年结果可得以下初步认识：（１）８个样品细颗粒组分的ＩＲＳＬ和ＧＬＳＬ测定的等效剂量和年龄值，除１个样品外，都在１—２σ范围内一致。这可能提供了沉积物光释光测年可靠性的一种自检方法。（２）邙山剖面马兰黄土不同层位段的沉积速率变化十分显著，从０．４ｍ／ｋａ到５．６ｍ／ｋａ，并与剖面上质量磁化率测定值的变化大致相吻合。该剖面马兰黄土?

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。

宝鸡市渭北台塬马兰黄土震陷特性研究

以宝鸡市地震小区划为依托,选取渭北典型黄土台塬场地,采集大量不同深度(1m、3m、5m)原状马兰黄土样品进行动三轴震陷试验,研究不同深度黄土震陷变化规律。建立了震陷曲线数学模型,分析表明,震陷基本参数起始动应力受含水量影响最显著,随含水量增加而减小,临界动应力与极限动应力受含水量影响不明显,但含水量大于塑限后随含水量增加而减小。震陷基本参数与孔隙比呈负相关关系,存在一特征孔隙比,当大于该特征孔隙比后,震陷临界动应力和极限动应力随孔隙比增大而迅速减小。提出一种表征震陷敏感性的指标———震陷敏感性系数Sc,反映震陷发生难易程度,其随含水量的增加而增大,随孔隙比的增加而增大。

西安地区马兰黄土的结构强度研究

对西安地区马兰黄土进行了单轴和常规三轴压缩试验,研究了含水量及围压对其结构强度的影响。结果表明,单轴条件下黄土结构强度随含水量增加呈线性减少,常规三轴条件下含水量和围压对其结构强度有着明显的影响。运用莫尔-库仑理论进一步研究了强度参数C、随含水量的变化规律,为西安地区地质灾害防治及工程设计提供依据。

马兰黄土中与三氮有关的微生物的分布及其反硝化能力

选择关中盆地马兰黄土为研究对象，采用平板菌落计数法研究了与三氮转化有关的微生物在0～9m剖面上的垂直分布。结果表明，剖面上氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌、固氮菌分别为克土10^6～10^10、10^1～10^3、10^3～10^8、10^3～10^5个。在试验区剖面7m处的土壤中存在着反硝化菌富集区，数量达克土10^8个。对此层位土壤进行了反硝化能力实验，结果表明，马兰黄土反硝化作用最适宜温度为22℃和37℃，碳源的存在可大大提高反硝化速率，但改变碳氮比对反硝化速率影响不大。在15℃、无外界供给碳源、硝酸根初始质量浓度为56mg／L情况下，反硝化菌对硝酸根的降解作用符合方程Y=-2、6828x＋60．979，回归系数R=0．9609。该反硝化菌富集区的存在为研究包气带中三氮转化提供了重要信息。

马兰黄土的应力-应变本构方程

依据马兰黄土的室内CU试验,运用土力学的相关理论,建议性地提出了马兰黄土的应力-应变本构方程。通过对不同围压下的试验结果(应变小于15%)与理论模型的拟合发现,二者吻合较好。另外,与以往的模型相比,本文的模型参数a和b只需通过一次常规三轴试验即可全部求得,具有参数少、容易确定的优点。

重塑马兰黄土渗透性的室内试验研究

基于室内常规渗透试验,对延安新区重塑马兰黄土不同压实度下的渗透性进行研究,分析了饱和渗透系数随颗粒大小、孔隙度及干密度等因素的变化规律。试验数据拟合结果表明,该地区重塑马兰黄土的饱和渗透系数与孔隙度呈正指数函数关系,与干密度呈负指数函数关系。此外,不同干密度情况下,饱和渗透系数随时间变化的统计结果表明,当干密度大于1.6g/cm^3时,重塑马兰黄土的渗透系数不再随渗透时间变化,基本趋于稳定,且渗透性能低,因此可采用此干密度为不同要求和标准的地基压实工程提供参考和指导。