THE COMPARISON OF LANZHOU LOESS PROFILE WITH VOSTOK ICE CORE IN ANTARCTICA OVER THE LAST GLACIATION CYCLE

Loess near Lanzhou in the late Pleistocene is very sensitive to climatic fluctuations. The Beiyuan terrace profile in Linxia City, of which the curve of susceptibility tallies with the trend of isotopic curves of Vostok 2083 m ice core in Antarctica, is 35m thick. There are five layers of paleosols under Malan loess(L_1). Upper three layers (S_(1-a),S(1-b)and S_(1-c) correspond to three warm stages in last interglaciation, Interstadial of Last Glacial (C stage in Antarctic ice core)was clearly recorded in the Beiyuan profile, in which three layers of paleosols and two of loess were formed. The lowest section of the profile belongs to penultimate glaciation, in which fossils of cold-drought-resistant mammal and mollusc have been discovered.

考虑多因素耦合效应的冻结兰州黄土动力学参数研究

为了探究多因素耦合效应对冻结兰州黄土动力参数的影响,以分布在我国西部季节冻土区的兰州黄土为研究对象,通过动三轴试验研究了不同围压(0.1、0.2、0.3 MPa)、温度(−1、−3、−5℃)、含水率(14%、16%、18%)及加载频率(1、2、4 Hz)影响下冻结兰州黄土的动力参数变化特征。基于试验结果,分析了冻结兰州黄土最大动弹性模量、等效黏滞阻尼系数、参考应变幅值在温度、围压、含水率、加载频率等多因素耦合影响下的变化规律。结果表明,温度、含水率、加载频率和围压等耦合因素对冻结兰州黄土动弹性模量、参考应变幅值和等效黏滞阻尼系数的影响程度有差异。可以发现,冻结兰州黄土动弹性模量和参考应变幅值随温度变化的影响最显著,等效黏滞阻尼系数随加载频率变化表现最敏感。基于试验数据,对影响冻结兰州黄土的4种因素进行归一化和无量纲化处理,采用多元回归分析方法提出了冻结兰州黄土动力学参数的预测公式,有助于快速预测冻结兰州黄土在多因素耦合效应影响下的动力学参数变化特征。

深厚黄土场地浸水试验及湿陷性评价

现场浸水试验是研究深厚黄土场地自重湿陷特征、评价其湿陷性的重要手段。基于原状黄土的室内试验,在兰州新区深厚黄土场地开展现场浸水试验,测试分析浸水过程中的土层含水率及地基沉降变形发展规律。研究结果表明:兰州新区原状黄土的含水率和干密度沿深度逐渐增大,孔隙比、自重湿陷系数大幅降低;随着水分入渗深度增加,体积含水率变化曲线上翘时间依次增大,湿润锋面到达测点的时间越来越滞后;地表沉降经历缓慢-快速-减缓-稳定的过程,沉降速率可达5.88 cm/d,浸水50 d时完成总沉降量的60%;该场地0~16.5 m强湿陷土层的湿陷量占湿陷总量80%以上;试坑周围有大量环向裂缝发育,裂缝最宽为34 cm,错台高度可达50 cm;结合室内和现场试验结果,该场地的自重湿陷下限深度和地基处理深度可取24.0 m。研究结果可为深厚湿陷性黄土地区的工程建设提供参考。

末次间冰期兰州黄土记录中的粘土矿物及其环境意义探讨

本文研究了末次间冰期高分辨率兰州黄土（Ｓ１）２１个样品中的粘土矿物，并与现代尘暴沉积物作了对比。研究结果表明，Ｓ１三个古土壤层及其间所夹两个黄土层中的粘土矿物组合特征基本一致，以伊利石为主，其次为绿泥石和高岭石及少量伊／蒙间层矿物。粘土矿物的形成以碎屑成因为主，其总量在剖面上的变化具有指示气候变化的意义。古土壤层中伊利石结晶度较黄土层中低，反映在气候温暖潮湿的条件下粘土矿物受到了不同程度的改造。粘土矿物总量及各种矿物相对含量的变化和对伊利石结晶度的研究均表明。

兰州黄土地球化学特征及其意义

本文用对应分析方法讨论了兰州黄土地球化学特征,发现化学元素存在四个最基本关联,代表了黄土化过程中 P_2O_5与 CaO 等的相对增加及土壤化过程中 Al_2O_3、K_2O、MnO_2和 Fe_2O_3等的富集.常量元素氧化物中 Fe_2O_3、K_2O 和 MnO_2在古土壤中富集最明显,而 CaO 与 Na_2O 产生明显淋失;微量元素中 Cu、Zn、Ni、As 等在古土壤中含量比黄上层高10%以上,而 Zr、Ba 和 sr含量偏低.REE 分布模式说明,兰州黄土主要是风成的,物质来源于中国西部沙漠.碳氧同位素中碳同位素更敏感反映气候变化.

三轴压缩条件下基于CT实时监测的冻结兰州黄土细观损伤变化研究

在1 MPa围压下,对不同温度条件下的冻结兰州黄土三轴压缩试验过程进行CT动态扫描,获得了由CT数表示的土体损伤量表达式.结果表明:冻结兰州黄土最初在围压作用下,试样沿径向方向被压缩,导致试样轴向伸长;低温冻结试样的弹性变形持续时间长于高温试样,如-2.3℃试样在应变达到0.32%时即开始屈服进入塑性变形,而-7℃试样的屈服应变值达到了1.33%;试样塑性变形阶段持续较长时间,即使样品轴向变形达到了20%,试样截面积有了显著增大,但偏应力仍在持续增大;各试样整体损伤量基本都在0.1以下,相对于单轴受力状态下试样的损伤度要小得多,故围压对于冻土试样有"抗损伤"的功效.随着应变与偏应力的增大,损伤量也不断增大;对不同温度的试样而言,要产生相同的损伤,低温试样需要的偏应力远比高温试样需要的偏应力大.

分级加载下冻结兰州黄土滞回曲线形态特征的试验研究

滞回曲线的形态特征可以采用滞回曲线长轴的斜率k、滞回曲线的短轴与长轴之比α、相邻滞回曲线中心点之间的距离d、残余应变εp和滞回曲线所围成的面积S五个参数进行定量表征。通过动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同频率、围压和负温下冻结兰州黄土滞回曲线的形态特征进行试验研究。结果表明:大多数情况下,k和α随动应力幅的增加最终趋于一稳定值;d和εp近似相等,随动应力幅的增加,d、εp和S均逐渐增大;随频率和围压的增加,k的稳定值逐渐增大,α的稳定值逐渐减小,d、εp和S也逐渐减小;随温度的降低,k的稳定值逐渐增大;当温度大于等于-1℃时,随温度的降低,α、d、εp和S的值没有明显变化、或者有变化但没有一定规律,但此时该4个参数的取值明显大于-2℃时的各参数取值。

不同温度条件下冻结兰州黄土单轴试验的CT实时动态监测

改进了与CT扫描系统配套使用的三轴仪。改进后三轴仪由控温精度达到±0.1℃的压力罐和加载装置组成,能够实现对冻土力学试验过程真正的CT实时动态监测。对不同温度条件下的冻结兰州黄土单轴压缩过程进行了CT动态扫描,得到如下结论,应变0～0.7%的阶段,试样发生弹性变形,CT数轻微增大;应变0.7%～6.5%的阶段,开始发生塑性变形,但还没有发生损伤,CT数变化不大;当应变大于6.5%时,试样的CT数明显变小,损伤开始发生,直至应变达到10%时,试样发生破坏,随后CT数也急剧减小。因此,冻结兰州黄土的屈服应变为0.7%,损伤应变临界值为6.5%,破坏应变临界值为10%。另外,温度对试样的CT数也有影响,在-0.6～-1.7℃的温度范围内,试样CT数变化具有很明显的规律,即温度越低,CT数越小,在-1.7℃和-5℃试验条件下CT数变化不大。

分级循环荷载作用下冻土动应变幅值的试验研究

通过低温动三轴试验,采用分级加载方式逐级施加动荷载,对不同加载频率、围压和负温条件下青藏冻结黏土和兰州黄土的动应变幅值变化特征进行了试验研究。结果表明,同一级荷载作用下,动应变幅值随振次的增加基本不变,可以采用平均值来反映各级加载下的动应变幅值;不同加载频率、围压和温度条件下,动应变幅值随动应力幅值的变化规律相同,即随着动应力幅值的增加,动应变幅值逐渐增大;动应变幅值随加载频率的增加而减小,但减小的速率逐渐降低,动应变幅值最终趋于一稳定值,对于青藏黏土和兰州黄土,该稳定值均随加载级数的增加而增加;随着围压的增加,青藏黏土的动应变幅值变化不大,而兰州黄土的动应变幅值呈逐渐减小的趋势;动应变幅值随温度的降低而减小。动应力幅值对动应变幅值的影响最大,动荷载振动频率的影响次之,温度的影响第三,围压的影响最小。

黄土古气候变化趋势与青藏高原隆升关系初探

粒度和磁化率是两个研究黄土古气候最常用的古环境变化指示参数,它们随着黄上占土壤地层变化而出现峰和谷的对应已经被证明是反映了天文轨道要素的周期变化。文章试图忽略这些受控于轨道要素的气候周期变化,而主要侧重考察黄土地层这两个参数的平均值(或背景值)所反映的长期变化趋势。对兰州九州台黄土进行了系统采样和测量,发现兰州九州台黄土剖面粒度和磁化率曲线显示出两个明显的趋势,粒度从剖面底部向上有明显逐渐变粗趋势,指示着冬季风增强,与此同时,磁化率自下而上却逐渐增大,指示着夏季风增强的趋势。与黄土高原其他黄土剖面磁化率和粒度曲线对比发现,这是两个普遍存在的趋势。地理位置靠近青藏高原的剖面,这两个增大的趋势更明显。冬、夏季风同时逐渐增强是海陆热力差异增大所引起,反映了青藏高原第四纪时期的逐渐不断的隆升过程。因此,根据粒度和磁化率曲线变化趋势线的变化特点可以帮助分析和反推第四纪以来青藏高原隆升的过程。兰州九州台以及黄土高原各剖面粒度和磁化率曲线的线性变化趋势则可能指示着第四纪以来青藏高原是逐渐均匀缓慢的变化过程。我们对22Ma以来风积地层记录的变化趋势也做了分析。前人过去普遍认识的第四纪以来跳跃式或间歇式剧烈隆升在我们的数据中没有得到反映。黄土高原西部西宁、兰州、靖远等剖面磁化率显著的增长趋势可能与青藏高原隆升到一定高度后高原季风加强所致。

黄土高原西部兰州市郊植被的水环境响应

通过调查兰州南北两山及周边地区的植被类型、生长状况以及土壤水分等因子,分析了植被的生长与气候环境的关系,对在兰州地区造林绿化的适应性以及各地植被分布的类型、特征进行了深入的分析。结果表明,年降水量是决定植被生长状况最关键的因子,兰州市周边地区的植被分布状况基本是东部稍好于南部,南部显著好于北部。东部和南部植被以乔木为主,北部以耐旱灌木为主。不论乔木和灌木,保障土壤含水量常年处于5%以上是人工造林可持续发展的底线。

灰土挤密桩加固黄土隧道受力与变形性状分析

兰州地区黄土土质疏松、孔隙比大、强度低,普遍具有严重的湿陷性、高压缩性和动力易损性,在增加正压力或孔隙水压力时,极易引起隧道底部及建筑物地基的破坏。为解决兰州绕城高速某大断面黄土隧道底部变形过大的问题,文章选择灰土挤密桩作为加固手段,采用三维数值方法对隧底未处理条件下和采用灰土挤密桩加固后的围岩变形与受力特征进行研究。结果表明:隧底开挖后主要产生隆起,并随开挖方向逐渐增大,起点拱脚处产生下沉,位移最大值出现在隧底中心处;采用灰土挤密桩加固后,其桩身轴力、桩身应力和桩身位移在水平方向均呈现出两边小、中间大的规律,且随开挖方向逐渐增大,桩身承担了隧道开挖产生的大部分荷载,隧底受力与变形均有所减小;灰土挤密桩加固后的隧底位移值减小了32.0%~34.4%,灰土挤密桩能够很好地提高黄土隧道隧底承载力和抵抗变形的能力。

基于CT单向压缩试验的冻结重塑兰州黄土损伤耗散势研究

首先分析了冻土损伤的物理本质,然后在改进了的与CT试验机配套使用的三轴试验仪基础上,进行了一系列的单向压缩试验过程的CT扫描,获得了冻结重塑兰州黄土试样的屈服应变、损伤应变临界值、破坏应变临界值;发现如果用塑性应变表示损伤阈值,则温度越低、试样的损伤阈值越大;最后通过CT数定义损伤变量,获得了冻结重塑兰州黄土的损伤演化规律和损伤耗散势函数。

黄土高原西部兰州市郊地貌驱动的土壤水分变化及对植物的影响分析

选择黄土高原造林的主要模式,即梯田、水平沟、鱼鳞坑和台地等,并按照阴阳坡向,栽植树种等的不同,采用中子水分仪每10d测定土壤水分一次,对各种造林模式下土壤水分进行了长期的监测研究,研究结果表明:在春季植物萌发之前,无植物生长影响的情况下,土壤水分含量阴坡高于阳坡,南山与北山同坡向相比,南山的水分条件要好于北山;4月中旬以后,受植物生长消耗的影响,北山的水分含量大于南山,南山的水分波动则大于北山;鱼鳞坑、水平沟都具有一定的集水保水作用,但这种集水的作用与降水量的大小有关,水平沟由于面积较大,表面覆膜集水效果更好;阴坡梯田由外向内随着距离的增加,水分呈现逐渐增加的趋势,梯田内侧达到最大。

黄土高原地区人工林营造——混交林模式生态效益研究

为探讨不同类型人工林对土壤理化性质的改良能力,以兰州市南北两山5种典型林分类型(侧柏林、新疆杨林、刺槐林、侧柏刺槐混交林、新疆杨刺槐混交林)为研究对象,对0~80 cm土层的土壤理化性质进行了研究。结果表明:(1)不同林分类型混交林土壤容重、持水量、孔隙度、土壤含水量、渗透速率均好于纯林;两种混交林和侧柏林土壤pH低于刺槐林和新疆杨林;混交林土壤有机质、全氮、无机氮、全磷大于纯林;全钾、速效钾在不同林分类型之间差异不显著。(2)在0~80 cm土层范围内,各林分类型随着土壤深度的增加,土壤容重逐渐增加;土壤持水量、孔隙度逐渐降低;土壤含水量、土壤pH均在土层间无显著差异;土壤有机质、全氮、无机氮、速效磷、速效钾随土壤深度的增加逐渐降低,有表聚效应;全磷和全钾在土层间差异不显著。(3)土壤理化性质相关性分析发现:土壤有机质与土壤全氮、无机氮、全磷、持水量、孔隙度均呈极显著正相关,与土壤容重呈极显著负相关;土壤容重与土壤持水量、孔隙度均呈极显著负相关。混交林较纯林在改善土壤理化性质方面有更好的效果,建议该区域在今后人工林营造中以混交林为主,在现有纯林的抚育管理中可考虑将其改造为混交林。

西部黄土高原兰州黄土磁化率增强模式及其驱动机制

我国黄土高原第四纪风成黄土序列为研究不同时间尺度(构造和轨道尺度)的环境演变提供了理想材料,其中轨道尺度上冰期-间冰期气候变化是第四纪以来气候周期性演变的重要特征。粒度和磁化率分别作为冬季风和夏季风指标被广泛应用于亚洲内陆干旱化和古季风演化研究。然而,磁化率作为古气候代用指标在解释区域环境演化时存在差异性,并不能将其总视为暖湿信号。以黄土高原西部地区的兰州皋兰山和西津岩心为研究对象,详细分析了倒数第二次冰期以来的粒度和磁化率特征,并与洛川剖面进行空间对比。研究表明,间冰期的磁化率总体高于冰期,但在冰期向间冰期转换的过渡期,皋兰山和西津岩心磁化率值并没有降低到冰期水平,而与弱发育古土壤磁化率水平类似。我们推测该时段兰州黄土磁化率增加并非由成壤作用增强贡献,而是源区粗颗粒磁性矿物增加所致,其磁化率增强模式可能同阿拉斯加、新疆黄土类似。由此可见,磁化率增强模式不仅在冰期时黄土高原东西部存在显著差异,而且在同一区域的不同沉积时期也存在较大差别。

冻结兰州黄土变形和强度特性试验研究

通过对-6℃的冻结兰州黄土在1～15 MPa的围压范围内进行一系列的三轴试验,分析其变形和强度特性.研究发现,随着围压的增大,冻结兰州黄土的初始切线模量近似线性增大,当围压大于11 MPa时又随围压的增大近似线性减小,其应力-应变曲线既有应变软化又有应变硬化特征.根据Hoek-Brown强度准则及包络线理论,建立冻结兰州黄土的非线性强度准则,以描述冻土强度随围压非线性变化的现象.

黄土高原西部兰州市郊人工林地水分亏缺与调控研究

通过定位监测与对比分析，对兰州市南北两山不同水分管理人工林地植物水分亏缺度及植物水分亏缺补偿度的时空分布进行了研究。结果表明：灌溉林地的植物水分亏缺度最小，亏缺度大部分时间都在20％以下，有自然坡面集雨的林地植物水分亏缺状况好于不灌溉的林地，侧柏林地喷灌、自然坡面集雨和不灌三种处理方式下的植物水分亏缺度虽然稍有差异，但都处于水分极度亏缺的状况。补充灌溉除满足林地正常生长所需要的水分外，对土壤水分也有一定的补偿，补偿度在70％左右。其他不灌溉地块补偿度都为负值，说明这些地块整个雨季没有对水分进行补偿，还将土壤以前贮藏的部分土壤水分利用。植物水分亏缺度在空间上的变化与植物根系的分布相一致。既在水平方向上，随着离树干距离的加大，植物水分亏缺度依次降低。在垂直方向上，表层植物水分的亏缺度最低，随着深度的增加，亏缺度逐渐增大，100～120cm深达到最大，以后又缓慢降低。植物水分补偿度是降雨与植物水分亏缺程度的反映，植物水分亏缺度越高，补偿度越大。

油蒿在兰州南北两山生态环境建设中的适应性评价研究

采用系统抽样的方法,对兰州南北两山砾质红砂土和灰钙土喷播种植的油蒿进行了统计分析评价.结果显示:油蒿表现出对兰州南北两山瘠薄土壤非宜林地的广泛适应性.砾质红砂土生长3a生油蒿,水平沟内,油蒿地茎以5～10mm为主,高度以100～160cm为主,平均盖度达到90%以上,密度达到17株.m-2;人工整地形成的60°以上斜坡,油蒿地茎以0～5mm为主,高度以80～100cm为主,平均盖度达到80%,密度达到30株.m-2;坡度大于60°天然陡坡面,油蒿地茎以0～5mm为主,高度以20～40cm为主,平均盖度达到20%,密度达到25株.m-2;45°塌陷缓坡虚方区域,油蒿地茎以5～10mm为主,高度以60～80cm为主,平均盖度达到60%,密度达到43株.m-2.灰钙土60°人工陡削坡面5a生油蒿:油蒿地茎从上坡到下坡,上坡位地茎小于4mm,下坡位地茎接近25mm,坡面以地茎4～9mm为主,高度以40～80cm为主.油蒿盖度上坡位达到40%,密度达到16株.m-2;下坡位,油蒿盖度达到48%,密度达到12株.m-2.油蒿在兰州南北两山绿化中,随土壤水分,植物盖度和密度的关系表现为:大的覆盖度以个体大冠幅,总体密度小为特征;小的覆盖度以个体小冠幅,总体密度大为特征.

兰州轨道交通扰动场地黄土浸水试验研究

由于受长期地表降水与排水下渗、前期施工、拆迁等加卸载作用及车辆交通荷载的扰动影响,城市拆迁场地土体的特性与处于原始地形地貌和地层分布的土体情况有所不同。目前尽管已经发表了大量黄土浸水试验的成果,但基本都是在原状黄土场地进行,而在这类扰动场地黄土中开展浸水试验的研究尚不多见。在兰州东岗轨道交通车辆段建设场地进行了累计观测时间超过100天的试坑原位浸水试验。结合室内土工试验和现场测试结果,讨论了该扰动场地黄土浸水产生沉降变形的特征。结果表明:该扰动场地浸水发生沉降变形的时间发展过程具有"缓慢增长—突增—趋于稳定"的特点,其总沉降也远小于既有原状黄土场地的实测结果,应理解为广义的浸水增湿湿陷,其变形包括压缩变形和湿陷变形两部分,二者比例近似为7∶3;前期扰动导致的较低的孔隙比和试坑开挖造成的卸荷是其总变形量较小的原因,但是其浸水沉降变形增长过程中突增的湿陷变形和土层空间分布不均匀引起的差异沉降值得引起注意。研究结果对于进一步加深对黄土湿陷变形与水稳定性的理解,选择扰动场地黄土地基处理和防排水措施具有一定的参考价值。