易溶盐含量对伊犁黄土未冻水含量影响研究

处于常年季冻区的伊犁河谷自然灾害频发主要与伊犁黄土的未冻水含量有关,土体中分布不均匀的盐分影响着未冻水含量的变化趋势。采用低频核磁共振技术分析了不同Na_(2)SO_(4)含量下未冻水含量随温度的变化关系,并提出了与易溶盐含量有关的未冻水数学模型。研究表明,Na_(2)SO_(4)含量主要在正温降温阶段以及冻结温度附近自由水冻结阶段对伊犁黄土未冻水含量产生影响;在冻结温度附近易溶盐分别对未冻水含量减小起抑制和促进作用,未析出含盐量越高,抑制作用越明显;温度越低,初始含盐量对未冻水含量的影响越小。

黄土固化剂及固化土养护液的配方优化研究

为提高土体固化剂加固新疆伊犁州黄土的固化效果,通过正交试验及AHPCRITIC主客观综合赋权法,进行黄土土体固化剂及固化土养护液配方优化试验,优化结果为:得到土体固化剂及固化土养护液的配方及各组分的优属度,在12%水泥掺量条件下,MBER土体固化剂的最优配合比为9%石灰、2%石膏、0.3%硫酸钠、0.3%硅酸钠、0.3%明矾、1.2%减水剂,其7d龄期的饱水无侧限抗压强度为3.23MPa,干燥无侧限抗压强度为10.23MPa,软化系数为0.32;固化土养护液的最优配合比为0.10 mol/L碳酸氢钠溶液、0.04mol/L硫酸钠溶液、2%纳米二氧化硅溶胶,其3d、7d和14d的饱水无侧限抗压强度分别为1.88MPa、3.76MPa和5.22MPa,其7d无侧限抗压强度相较于标准养护及纯水养护分别提高16.43%和13.00%,具有明显效果。

干湿循环作用下伊犁黄土的强度及微观特性

为探讨干湿循环作用下伊犁黄土的强度劣化规律和微观结构特性,进行了5种干湿循环路径下的三轴剪切试验及扫描电镜测试,分析了不同干密度、干湿循环幅度和次数对伊犁黄土抗剪强度的影响和微观孔隙分布的演化规律,并进行了宏观强度和微观孔隙损失机制之间的探讨。结果表明:干湿循环幅度越大、循环次数越多,伊犁黄土抗剪强度的衰减速度越快,衰减幅度越大,原状土在5次干湿循环后的三轴剪切强度接近重塑黄土;同种干密度的伊犁黄土的黏聚力随循环次数的增加而降低,同一干湿循环路径下干密度为1.55 g/cm^(3)时,伊犁黄土的黏聚力劣化最显著,而干湿循环对内摩擦角有轻微影响。另外黏聚力的劣化与孔隙面积比和孔隙特征参数的变化有关,干湿循环后孔隙面积比和孔隙特征参数增加率越大,黏聚力劣化越明显;内摩擦角的变化与孔隙分形维数的变化趋势相近,但变化不显著。

冻融循环条件下伊犁河谷典型黄土滑坡力学强度变化及微观作用机理研究

对新疆伊犁地区黄土滑坡灾害频繁发生问题,选取伊犁地区新源县某天然黄土斜坡为研究对象,结合伊犁地区为典型的季节性冻土区的特点,通过室内三轴压缩试验、扫描电子显微镜、现代图像处理及核磁共振方法探究不同冻融循环次数下伊犁地区黄土的宏微观特性变化。结果表明:①黄土粘聚力随冻融循环次数的增加,经历了先减小后增大的过程,最终趋于稳定;内摩擦角随冻融循环次数的增加,逐渐增加,然后开始减小,最终呈稳定趋势;②在冻融循环过程中黄土颗粒不断裂解团聚,形态复杂,微孔隙数量变少,小孔隙、中孔隙和大孔隙略增多,孔隙排列变得复杂后逐渐简单,总体上伊犁地区黄土的微观颗粒结构经历了一个稳定-不稳定-稳定的过程;③不同冻融循环次数下颗粒圆形度与粘聚力的关联性最强。微观上表现为冻结时土颗粒裂解,颗粒圆形度变小,融化时土颗粒凝聚,颗粒圆形度增大;反映到宏观上冻结时结构变得松散,粘聚力降低,融化时结构变得密实后粘聚力增大;④不同冻融循环次数下颗粒圆形度、颗粒定向分维与内摩擦角的关联性相同且最强。微观上表现为随冻融循环次数的增加颗粒圆形度降低,排列变得无序,颗粒定向分维值变大;宏观上表现为颗粒排列变得无序,接触面积变大,导致内摩擦角增大。研究结果可为伊犁地区黄土滑坡失稳机理的探究提供参考,为伊犁地区季节冻土分布区域土质滑坡地质灾害的稳定性评价及工程防治提供相关的力学参数计算依据。

伊犁地区喀拉亚尕奇黄土滑坡群类型及发育特征研究

喀拉亚尕奇滑坡群地处新疆伊犁地区黄土覆盖区域,属温带半湿润大陆性气候,春季融雪水及春夏集中连续较强降雨是造成该区滑坡发展的重要因素。通过对该滑坡群的勘查研究,在查明研究区地质环境背景条件的基础上,通过分析其时空发育证据及形成机制,对滑坡进行类型划分和具体发育特征研究,将滑坡分为累进破坏型和滑动破坏型2类;通过对主要滑坡的边界、落水洞、裂缝、冲沟等发育证据的分析,明确研究区滑坡形态、滑坡体积、主滑方向、剪出口、威胁对象等基本特征,并对该滑坡群的发展趋势进行分析研究。

干湿循环作用下伊犁黄土强度劣化试验研究

为了探讨干湿循环对黄土强度的影响,采用三轴试验方法,考虑了干密度、含水量、干湿循环幅度的影响,获得伊犁黄土干湿循环强度劣化规律,并利用复合函数拟合劣化度,建立伊犁黄土干湿循环强度损伤模型。结果表明:黄土在干湿循环作用下会产生明显的劣化效应,干湿循环幅度和干密度的影响显著;受原状黄土和压实黄土的劣化影响的主要是黏聚力,首次干湿循环对压实黄土黏聚力影响最大,3次干湿循环时原状黄土黏聚力劣化最多,内摩擦角受干湿循环作用影响不大;干湿循环效应使原状黄土的力学特性向重塑黄土发展,5次干湿循环后原状黄土的强度与压实黄土趋于一致;增湿过程土体孔隙发育和减湿过程土样内外出现裂隙是黄土出现强度劣化的主要原因。

冻融作用下伊犁原状黄土水力特性劣化规律与微观机制

新疆伊犁地区冻害严重,尤以滑坡灾害最显著,主要体现在冻融作用下原状黄土的水力特性劣化方面,然而其水力特性的劣化规律和微观机制目前并不明晰,因此本文开展了冻融前后伊犁原状黄土的水力试验和微观试验研究。结果表明:冻融作用使得黄土内部的胶结性和结构完整性遭受破坏,在原位有效应力施加于冻融后的原状黄土,后续加上水分浸泡后,黄土会产生更大变形,因而冻融后原状黄土的自重湿陷性系数增加和孔隙比减小。冻融作用会使得原状黄土内部产生大裂缝和大孔径,渗流过程中水分会从大裂缝和大孔隙流失,因而冻融后原状黄土的渗透系数增加。冻融循环中的冻胀作用使得原状黄土内部自由水变成冰体,产生膨胀作用,其会破坏原状黄土的胶结性和结构完整性,同时产生大裂缝和大孔径,最终造成原状黄土的剪切强度和黏聚力降低。反复的冻融使得土颗粒发生破坏、移位,形成较为复杂的接触形式,从而使得内摩擦角减小并不显著。

新疆伊犁黄土工程地质特征及致灾机理研究综述

伊犁黄土具有强湿陷性、高易溶盐含量等地域性特征,成为伊犁谷地地质灾害发育的重要物质基础。本文在总结伊犁谷地黄土的成因、分布、成分及黄土地质灾害分布特征的基础上,分析了含水率、干密度、垂直荷载、易溶盐含量、基质吸力及冻融循环次数对伊犁黄土水-力学特性的影响,总结了伊犁黄土滑坡灾害类型及特性。受谷地喇叭状地形及气候影响,伊犁黄土埋深呈中部深两侧浅分布,粒径由西向东逐渐变细,与黄土滑坡灾害分布呈正相关。伊犁黄土湿陷性受控于垂直荷载,在含水率为8%~10%达到最大,与干密度呈负相关。伊犁黄土湿陷性与垂直荷载关系符合Biphasic Hill方程。易溶盐含量对伊犁黄土抗剪强度具有重要影响,与黏聚力呈负相关;冻融循环次数增大会导致黄土结构破坏、裂隙率快速增大,伊犁黄土渗透系数先增后减,黏聚力快速减少。从地质结构、动力条件、滑动机制等方面将伊犁黄土滑坡进行分类总结;分别对不同动力成因下的黄土滑坡灾变机理进行阐述。研究成果对伊犁黄土滑坡研究和防治、滑坡灾害预测具有一定的指导意义和适用价值。

不同冻融循环次数及含水率条件下伊犁地区黄土力学强度损伤特性

新疆伊犁地区融雪季节和雨季黄土滑坡灾害频繁发生,亟需探究伊犁地区黄土在不同冻融循环次数和含水率条件下力学强度的变化特征,本文以伊犁地区新源县某天然黄土斜坡处的黄土作为研究对象,通过室内三轴压缩试验和扫描电子显微镜试验来探究伊犁地区黄土的宏微观特性变化。主要研究成果如下:(1)不同冻融循环次数条件下,室内三轴压缩试验过程中以轴向变形为主,变形破坏机制由挤压-横向拉裂型向弯曲-纵向拉裂型转变。试样黏聚力总体上先减小后增大然后稳定,而内摩擦角总体的变化趋势为先增大后减小。(2)含水率对黄土试样硬化-软化程度影响较大,随着含水率的增加,应变逐渐呈现出弱软化-弱硬化-一般硬化-弱软化的变化趋势。试样的黏聚力、内摩擦角随着含水率的增高均呈现先增大后减小的二次抛物线关系。(3)在不同冻融循环条件下,黄土微结构由粒状、镶嵌、面胶结-微胶结结构转变为凝块、分散、点接触-胶结结构;小颗粒通过凝结作用形成了大颗粒,颗粒形态变得复杂,接近等轴的颗粒在减少,排列变得无序,黄土颗粒不断裂解充填孔隙,凝聚扩大孔隙,孔隙形态趋近于简单。总体上伊犁地区黄土的微观颗粒结构经历了一个稳定-不稳定-稳定的过程。(4)随着含水率的增加,黄土微结构为粒状、镶嵌、面胶结-微胶结结构,伊犁地区黄土含水率存在一个特殊值——最优含水率,在其附近黄土大颗粒最多、接近等轴的颗粒最多、轮廓线最简单、颗粒排列最有序。本研究结果以期为伊犁地区黄土滑坡灾害的预测与防治提供理论依据并奠定基础。

伊犁河谷地区巩留县黄土湿陷性预测模型研究

由于湿陷性黄土地区地质灾害防治工程地基处理不当,使得黄土地区的非均匀湿陷性对地质灾害的防治工程造成一定威胁。因此,选取合适的参数建立黄土湿陷性预测模型能为黄土地区地质灾害防治工程的基础设计提供理论依据。本文以伊犁河谷地区巩留县黄土为研究对象,在前期收集该地区69组土工试验参数的基础上,借助数理统计的方法对该地区黄土湿陷系数和土性指标参数的相关性进行了分析,并采用多元线性回归理论和神经网络理论建立了该地区黄土湿陷性评价的预测模型。研究结果表明:研究区土体微观结构多表现为絮凝状结构,以支架接触方式为主,矿物颗粒多呈现薄片状,孔隙结构多呈现孔状或不规则状;研究区黄土湿陷系数与含水率、密度、干密度、饱和度、孔隙比、孔隙率相关系数在0.645~0.857之间,具有强或极强的相关性;通过对研究区建立的黄土湿陷性多元线性回归模型和RBF神经网络模型的综合对比,RBF神经网络模型更具有适用性、可信性和准确性,其准确性达到94.20%。因此,建立的RBF神经网络模型精度能够满足实际工程的需要,为解决该地区黄土湿陷性评价问题提供了新的思路。

伊犁黄土强烈自重湿陷性的影响因素分析

新疆伊犁河谷的黄土,在沉积过程中受大西洋西风环流控制,不同于受东亚季风控制的黄土高原黄土,需要专门研究。对伊犁一大型渠道工程湿陷性黄土渠基的现场大型浸水试验证明,伊犁黄土湿陷性强烈,现场实测自重湿陷量达到352 cm,最大湿陷系数达到0.18(p=200 k Pa),且湿陷具有沉降发展早、速度快和量值大的特点。为了弄清引起伊犁黄土强烈湿陷的原因,开展了伊犁黄土沉积历史调查,及大量的黄土物理、矿物组成和显微结构试验工作,研究表明:伊犁黄土形成年代较晚,沉积过程中气候更为干冷,也基本未经受湿热气候的影响,盐分特别是碳酸钙受雨水淋滤的作用小,是典型的风积黄土样本;伊犁黄土具有天然密度、含水率和饱和度较小,易溶盐含量较高的特点,且其颗粒之间以点接触、架空结构和少胶结形式为主,结构极不稳定,这些因素是造成其强烈湿陷的历史原因和内在原因。

新疆伊犁黄土的物性指标、动力学特性与滑坡

分析了伊犁谷地28个黄土样品的粒径、密度、含水量和孔隙比，测试了震陷、湿陷、动弹模量和塑性指数，探讨了伊犁谷地黄土的物性、动力学特征，讨论了它们与滑坡之间的关系。伊犁谷地的原生黄土主要以粉粒为主，含量为74％，大于75μm的颗粒含量为10％，小于5μm的颗粒含量为15％；黄土天然含水量为4％～16．1％，谷地东部的黄土明显地比谷地西部的更细，伊犁黄土的孔隙比在0.832～0．907之间，有相当的湿陷性。在含水量低于20％时，还会有湿陷。黄土的塑性指数为9左右，比较小，粘粒含量低，易损性大，抗震性能差，具有较强的震陷性。在同样的动应变下，伊犁黄土的动模量较小，随着动应变的增大，其动模量衰减较快。冻融季节是伊犁地区滑坡的多发季节，构造活动强烈的地段也是地质灾害的多发地段。

含水率和密度对伊犁黄土湿陷系数的影响

【目的】研究不同干密度和含水率对伊犁黄土湿陷性的影响,为类似黄土区填土工程设计提供试验数据。【方法】以伊犁黄土为研究对象,利用YS-I高压固结仪对5种含水率(6.6%,12.5%,14.1%,18.2%,21.0%)和5种干密度(1.24,1.31,1.39,1.47,1.55g/cm^3)的黄土试样进行完全正交湿陷试验,选用双线法测定不同含水率和干密度下黄土的湿陷系数,研究压缩变形和湿陷变形占总变形的比例以及湿陷系数的变化,并与西安、兰州地区黄土的湿陷性进行比较。【结果】在干密度相同的条件下,伊犁黄土压缩变形占总变形的比例随着压力增大表现出的变化趋势不尽相同,在高压力(400kPa以上)时逐渐增大,是变形的主导因素;在低含水率(6.6%)和低压力(200kPa以下)条件下,湿陷系数随着干密度的增加而减小,但在高含水率和高压力条件下,湿陷系数随着干密度的增加呈现出先减小后增大再减小的趋势。随着含水率的增加,湿陷变形占总变形的比例逐渐降低,湿陷系数的敏感性降低;当干密度大于1.47g/cm^3且上覆压力小于100kPa时,可认为该黄土几乎不发生湿陷。与西安、兰州地区黄土相比,伊犁地区黄土的湿陷性更强。【结论】含水率和干密度对伊犁黄土的湿陷系数具有大的影响,在填筑时尽量提高其压实度,以减弱黄土的湿陷性。

新疆伊犁加朗普特黄土滑坡泥石流降雨诱发机理

新疆伊犁谷地黄土广泛分布,黄土滑坡灾害严重,其数量占新疆全区滑坡的80%,其中大型黄土滑坡-泥石流灾害链造成的损失尤为显著。与我国西部典型黄土斜坡相比,伊犁谷地黄土斜坡具有坡体结构复杂和降雨非饱和渗流失稳的特征,黄土滑坡降雨诱发机制复杂。以新源县则克台加朗普特大型滑坡泥石流灾害为例,在建立黄土滑坡坡体结构模型的基础上,基于非饱和渗流理论,计算分析坡体非饱和渗流场变化,研究降雨诱发黄土坡体结构渗流破坏过程与机制,采用渗流-稳定性耦合计算方法,分析非饱和渗透诱发坡体结构失稳过程,揭示新疆伊犁谷地大型黄土滑坡降雨非饱和渗流失稳机理。

新疆伊犁盆地黄土古气候记录与Heinrich事件对比分析

伊犁盆地作为中国黄土高原与欧洲黄土区的过渡区域,其第四纪古气候研究对于揭示全球气候驱动及耦合机制具有重要的意义.通过对伊犁盆地塔勒德晚更新世黄土-古土壤剖面粒度、低频磁化率及地球化学元素分析,探讨了西风区黄土-古土壤序列中古气候指标变化特征及记录的全球气候突变事件.结果表明:古土壤层中粒径<10μm颗粒物含量明显高于黄土层,与之相反的是古土壤层中的低频磁化率、Zr/Rb值和元素Ti含量均小于黄土层,且元素Ti含量与Zr/Rb间具有较高的相关性.黄土-古土壤剖面中古气候代用指标清晰的记录了6次Heinrich(H)事件及Younger Drays(YD)事件,但YD事件、H1、H2、H5和H6事件变幅较H3和H4事件显著,古气候指标与格陵兰冰芯δ18O、季风区李家塬粒度和洛川、西峰及环县Zr/Rb值均具有较好的一致性,所记录的气候事件较李家塬、洛川、西峰更为显著.结合已有研究说明,Heinrich和D-O旋回等气候事件是由西风区向季风区传递的,MIS3阶段温度的升高和常年受西风的影响是造成塔勒德气候环境变化特征的主要控制因素.

新疆伊犁黄土磁化率增强机制差异性分析

本文对处于西风区的新疆伊犁昭苏黄土剖面进行了磁化率和粒度分析,初步探讨了伊犁黄土磁化率增强机制的差异性。研究表明,伊犁黄土虽然粘土含量较黄土高原黄土高,但细粒组分对磁化率的贡献非常有限,粗颗粒组分对磁化率贡献较大,说明磁性载体主要存于粗颗粒组分中。同时研究发现地形、沉积环境、源区矿物组分和气候等多种因素对磁化率产生不同程度的影响。伊犁黄土磁化率成因机制既具有阿拉斯加风速论模式的特点又叠加了黄土高原成壤作用的模式,即使在同一剖面的不同时段两种模式对磁化率增强的贡献也不同,伊犁黄土磁化率增强机制存在着时空差异性。

伊犁盆地黄土分布、年代及粉尘来源分析

本文根据最新的研究资料,结合野外考察对处于西风区的伊犁黄土的分布、年代和粉尘来源进行了分析总结,并探讨了伊犁盆地黄土堆积的空间差异性。研究结果表明,伊犁黄土主要分布在山前丘陵和高阶地上,这些地貌部位堆积厚度最大,黄土沉积受地形和气候影响明显;已有的剖面年代学研究表明伊犁黄土主要形成于末次冰期,与新疆其它地区黄土开始大范围堆积的时间大体一致,但还可能有比中更新世更老的黄土存在;粒度分布和矿物表面形态特征表明伊犁黄土可能是近源物质与远源粉尘沉积作用叠加的结果,不同地区黄土在堆积过程所受到动力条件可能存在明显的差异;伊犁黄土中粘土组分可能主要来自中亚荒漠和伊犁河中、下游地区,西风带来的粉尘对伊犁盆地不同地区黄土的贡献率不同。

新疆伊犁黄土研究

新疆伊犁黄土-古土壤序列记录了更新世以来中亚伊犁地区自然环境的演化和变迁。总结了伊犁黄土粒度、磁化率、碳酸盐和孢粉等各指标的环境意义及其黄土和古土壤地球化学风化特征、形成环境和空间分布的差异性。结果发现:磁化率和色度由于受到多种因素不同程度的影响,对气候的指示意义较为复杂;孢粉组合和碳酸盐均指示研究区有些古土壤形成时期相对干旱,有些黄土堆积时期相对湿润;矿物和元素组成均表明伊犁盆地黄土形成于较干冷气候条件下;粒度对研究区气候的冷暖波动具有较好的指示意义。此外,古环境研究表明伊犁盆地黄土和古土壤风化分异作用不明显,古土壤形成时期地面环流较黄土形成时强,黄土-古土壤堆积存在空间差异性。

新疆伊犁黄土化学风化特征及其控制因素

通过对伊犁盆地昭苏黄土剖面元素地球化学分析,结合与黄土高原典型第四纪风成堆积洛川剖面的对比,对伊犁黄土常量元素分布规律及化学风化特征进行初步研究发现,伊犁昭苏剖面黄土和古土壤主要元素含量具有较好的一致性,暗示着沉积后两者所经历的风化作用相似。与黄土高原相比,伊犁黄土和古土壤除CaO,MgO和Na2O,P2O5分别出现较大程度的富集和较小程度的亏损外,其它常量元素含量的变化趋势基本一致;CIA指数、Na/K比值及A-CN-K图解显示伊犁黄土和古土壤均经历了低等强度的化学风化作用,弱于黄土高原的洛川黄土及古土壤,黄土和古土壤风化分异作用不明显。气候条件尤其水热组合模式(降水、温度和蒸发量等)对伊犁黄土化学风化的起着重要的制约作用。

西风区末次冰期以来昭苏黄土剖面微量元素分布特征及其环境意义

通过对新疆伊犁昭苏黄土剖面微量元素和粒度的测定分析,并与黄土高原黄土进行对比,揭示了西风区末次冰期以来黄土微量元素地球化学变化特征,探讨了其古气候意义。分析结果表明,伊犁黄土除Sr和Cr元素出现富集外,其他微量元素含量与黄土高原总体具有较好的相似性,可能表明末次冰期以来伊犁黄土形成环境较黄土高原干旱;伊犁黄土除Sr、Zn、Co和Ni元素含量分布变化比黄土高原稍大外,其他微量元素变化均比黄土高原小的多,可能意味着末次冰期以来伊犁地区环境变化幅度总体较黄土高原小的多。此外,研究结果还表明,伊犁黄土Zr元素主要赋存在粒径>20μm的粗颗粒中,暗示着黄土中锆石组分主要赋存于这种粗颗粒组分中;该剖面微量元素在风化成壤过程中,其迁移性由强至弱依次为Zr>Y>Sr>Cr>V>Ga>Rb>Ni>Cu>Ba>Th>Zn>Co>U,均出现不同程度的富集,富集率均较低且变化幅度较小,可能指示末次冰期以来伊犁黄土沉积环境较为干旱且波动变化较小。