A PERTURBATION BOUNDARY INTEGRAL EQUATION METHOD FOR ANALYSIS OF INTERACTION BETWEEN FOUNDATION AND NONLINEAR ROCK AND SOIL MEDIUM

A scheme is developed for analysing the interaction between afoundation and a nonlin- ear rock and soil medium, in which thefoundation is considered as a linear elastic body and a typicalboundary integral equation method (BIEM) is employed. On the basis oftaking the nonlinear proper- ties of the medium into account, aperturbation BIEM is developed. The fundamental equations for thenonlinear coupling analysis are formulated, and typical problems aresolved and discussed by the pre- sent method.

Quantitative analysis of biotechnical reinforcement for a steep slope consisting of composite coal-gangue-soil medium adjacent to a mined-out area

The engineering and geological characteristics of a steep slope consisting of coal gangue, rock and soil medium in Huating coal mine have been comprehensively investigated. Owing to humid weather, heavy rainfall, vegetation and porous characteristics of the soil and rock mass, the steep slope will be destabilized and induce mud-rock flow or derive hazard easily. Firstly, based on the classical slope reinforcement theory, some regularity between the shear and displacement in the destabilized zone of the slope with or without root strength contribution is presented. Then, based on the experimental and statistical analysis of root strength, hydrological characteristics and stability status, etc., some possible biotechnical techniques for reinforcement of the steep slope have been suggested. These methods are important for quantitative analysis of destabilization of the slope and design of the biotechnical reinforcement.

泡沫轻质土回填管道沟槽路面表层动力响应研究

市政道路下伏管道沟槽常采用土、砂子、碎石等传统散体材料回填,由于沟槽空间受限,压实度难以满足设计要求,管道破损渗漏或交通荷载作用下,容易造成路面开裂,甚至塌陷。泡沫轻质土具有轻质、高强、自密实、抗渗漏等特性,可以将其应用于管道沟槽回填工程。为了研究泡沫轻质土回填管道沟槽的路面动力响应特性,以振动加速度和动位移为动力响应指标,开展泡沫轻质土回填段和中砂回填段的路面动力响应现场试验。试验车速分别为20,40和60 km/h,车重分别为空载、半载、满载,共9种试验工况。研究结果表明,泡沫轻质土回填区段测点振动加速度最大值、动位移最大值分别为31.93 mm/s^(2)、6.23μm,而中砂回填区段分别为35.79 mm/s^(2)、6.90μm。振动加速度峰值、动位移峰值均随车重、车速的增加而增大。车重由空载变为满载时,泡沫轻质土回填区段测点动位移峰值变化幅度仅为中砂回填区段测点的15.2%~51.0%;车速由20 km/h增加至60 km/h时,动位移峰值变化幅度为中砂回填区段测点的16.8%~66.8%。泡沫轻质土回填区段振动加速度峰值衰减率、动位移峰值衰减率分别为中砂回填区段的1.16~1.38倍及1.15~1.33倍,削减了沟槽回填区段路面测点振动的高频和低频成分,泡沫轻质土回填区段整体刚度较好,减振效果良好。研究成果可为泡沫轻质土回填管道沟槽的设计施工提供参考。

Investigation on electromagnetic scattering from rough soil surface of layered medium using the small perturbation method

Electromagnetic scattering from a rough surface of layered medium is investigated, and the formulae of the scattering coefficients for different polarizations are derived using the small perturbation method. A rough surface with exponential correlation function is presented for describing a rough soil surface of layered medium, the formula of its scattering coefficient is derived by considering the spectrum of the rough surface with exponential correlation function; the curves of the bistatic scattering coefficient of HH polarization with variation of the scattering angle are obtained by numerical calculation. The influence of the permittivity of layered medium, the mean layer thickness of intermediate medium, the roughness surface parameters and the frequency of the incident wave on the blstatic scattering coefficient is discussed. Numerical results show that the influence of the permittivity of layered medium, the mean layer thickness of intermediate medium, the rms and the correlation length of the rough surface, and the frequency of the incident wave on the bistatic scattering coefficient is very complex.

黄河内蒙段开河期细菌群落结构特征研究

为探索黄河内蒙段开河初期水-土介质中细菌群落组成情况及生态网络结构,于2021年4月中旬进行取样,共获得黄河水样6个和土样4个.利用16S rRNA基因高通量测序方法对水、土样品进行测定,并从菌门及菌属水平对二者的细菌群落组成进行了分析.结果显示:河漫滩土样细菌群落结构的分布较水样更为分散,且土样中细菌群落丰富度、均匀度及多样性均高于水体,二者多样性存在显著的组间差异;在菌门水平上,变形菌门、放线菌门和酸杆菌门等是构成水-土样品的优势细菌门类,其中变形菌门在河水中相对丰度均值约为36.57%,在土样中则下降到25.39%,而酸杆菌门主要存在土样中,相对丰度约为14.17%;在菌属水平上, hgcI_clade(6.19%~12.75%)、CL500-29_marine_group(2.97%~5.05%)和Acinetobacter(0.74%~12.24%)是水体中的优势菌属,而norank_f__norank_o__norank_c__KD4-96(1.95%~4.91%)、 norank_f__norank_o__Vicinamibacterales(2.35%~4.67%)和norank_f__Gemmatimonadaceae (2.20%~4.73%)是土样中的优势菌属;不同菌属对水-土细菌群落结构的响应并不一致,其中分别归属于酸杆菌门和芽单胞菌门的norank_f__norank_o__Vicinamibacterales及norank_f__Gemmatimonadaceae等是联系水-土细菌群落的主要菌属,而归属于放线菌门的hgcI_clade和CL500-29_marine_group等是造成水、土优势菌门存在差异的主要菌属;虽然土样较水样拥有更大的生态网络结构,且Delftia、Candidatus_Methylopumilus、Arthrobacter和Rb41等是维持黄河内蒙段水、土介质生态网络结构的关键菌属,但相较于土样网络结构,水体网络结构中不同模块关键菌门及菌属间的生态功能较为一致.

我国主要粮食产区土壤有效态钙镁硫的变化特征及其对作物产量的影响

中量元素钙、镁、硫对农业生产的作用日益突出,研究土壤有效态钙镁硫的变化特征及其对作物产量的影响,可为全国和区域尺度耕地土壤中量元素管理和合理施肥提供理论依据。基于覆盖全国697个耕地质量监测点的监测数据,对比分析2016和2021年全国及六大粮食产区(东北区、华北区、西北区、西南区、长江流域和华南区)的土壤有效态钙镁硫含量的变化特征及其对主要粮食作物产量的影响。与2016年相比,2021年697个监测点的土壤交换性钙和交换性镁平均含量变化不显著,有效硫平均含量显著下降了27.3%,全国交换性钙、交换性镁和有效硫主要与土壤pH和有机质(OM)相关。六大粮食产区土壤有效态钙镁硫含量的年际变化特征有所不同。与2016年相比,2021年东北区交换性钙和镁含量分别显著增加了25.5%和52.4%,主要与pH相关;有效硫含量显著下降了47.8%,主要与速效钾相关。华北区交换性钙含量显著下降了11.8%,主要与pH相关。西北区交换性钙、镁和有效硫含量分别显著下降了64.0%、54.0%和30.4%,钙主要与总钾相关,镁主要与全磷相关,硫与土壤其他理化性质不存在显著相关。西南区有效硫含量显著下降了30.0%,主要与pH和OM相关。长江流域交换性镁和有效硫含量分别显著下降了52.0%和15.7%,主要与pH和OM相关。华南区3种有效态中量元素含量变化不显著,三者主要与pH和OM相关。在全国尺度下,水稻产量与土壤交换性钙和镁含量呈显著正相关,玉米产量与交换性镁和有效硫含量呈显著正相关,小麦产量则与3种中量元素不存在显著相关性;当pH≤7.0时,小麦产量与交换性钙和镁含量呈显著正相关,当pH>7.0时则不存在显著相关性;无论土壤呈酸性还是碱性,小麦产量均与有效硫含量不存在显著相关性。综上,2016—2021年的5年间,我国耕地土壤交换性钙、镁含量变化不显著,有效硫含量显著降低,这些中量元素主要与土壤pH和OM相关。六大粮食产区中量元素含量变化特征和影响因素及其对主要粮食作物产量的影响存在较大差异,针对性施用中量元素肥料有助于提升区域粮食产量。

毛竹林林下种植中药材对土壤有效态中、微量营养元素的影响

【目的】探究毛竹林林下种植中药材对土壤有效态中、微量营养元素的影响,为毛竹林林下种植土壤养分资源管理及我国南方竹产区林药复合经营模式的推广提供科学参考。【方法】以广西桂林漓江源区毛竹人工林林下种植的3种中药材样地为研究对象,采用完全随机区组设计,设4个处理,即未种植中药材的毛竹林对照、林下种植黄花倒水莲(Polygala fallax)、林下种植多花黄精(Polygonatum cyrtonema)、林下种植草珊瑚(Sarcandra glabra),在种植后的第2年测定土壤基本理化性质和中、微量营养元素有效态含量,分析其相关性,明确毛竹林林下种植不同中药材土壤中、微量营养元素的变化及其主要影响因素。【结果】毛竹林林下种植中药材降低了土壤容重、总碳和有效磷含量,增加了可溶性有机碳和微生物生物量碳、氮、磷含量,种植多花黄精对上述指标的影响相对较大,除微生物生物量氮外均与对照差异显著(P<0.05,下同);林下种植多花黄精和草珊瑚显著降低了土壤交换性钙和交换性镁含量,而种植黄花倒水莲和草珊瑚显著增加了土壤有效硫含量;林下种植中药材显著增加了土壤有效锌含量,显著降低了土壤有效钼含量,种植多花黄精和草珊瑚也显著增加了土壤有效锰含量,而种植3种中药材对土壤有效铁和有效铜含量无显著影响(P>0.05,下同),种植多花黄精和草珊瑚对土壤微量营养元素有效态含量的影响大于种植黄花倒水莲。相关分析结果表明,土壤中量营养元素钙、镁、硫有效态含量主要受土壤容重、有效磷及微生物生物量碳和磷影响,而微量营养元素铁、锰、铜、锌、钼有效态含量除受以上因素影响外,还与土壤pH及中量营养元素钙和镁有效态含量有关。【结论】土壤中、微量营养元素有效态含量对毛竹林林下种植不同中药材的响应存在较大差异,林下种植多花黄精对土壤养分的影响最大,种植黄花倒水莲和草珊瑚次之。在毛竹林林下种植中药材实践中需适当补充中、微量营养元素,尤其是钙镁肥的供应,且需根据种植中药材的种类采取不同施肥策略。

含粗粒滑带土剪切带演化及空间展布规律研究

对含不同强度粗颗粒的滑带土进行了可视化中型直剪试验,通过竖直置入铝丝观察剪切后铝丝变形情况获取剪切破坏带的空间信息,并建立了剪切带空间曲面方程。通过粒子图像测速(particle image velocimetry,PIV)技术对可视面处二维剪切带信息进行提取,并与剪切试验得到的空间曲面方程的边界外推值进行对比,证明了空间曲面方程与PIV技术能够描述剪切带特征。然后通过PIV技术对不同剪切总位移与某一剪切位移下短时间内相对位移规律进行了分析。最后分析了预制损伤与粗颗粒强度对剪切带特征的影响。研究结果表明,剪切带形状为两端薄中间厚的带状,可采用高斯曲面方程对剪切带轮廓进行拟合。剪切带在发展过程中经历压密、自由损伤、损伤沿固定路径发展与剪切带贯通4个阶段,损伤使得剪切带发展各阶段前移,粗颗粒强度会对局部剪切带变形产生较大影响而对整体剪切带的变形影响较小。该研究成果对于揭示滑坡剪切带形成与演变规律从而设计合理的边坡防治方案具有重要意义。

普洱市茶园土壤pH、有机质和中微量养分分析及肥力综合评价

【目的】采用土壤肥力综合评价指数法对普洱市茶园土壤pH、有机质和中微量元素含量进行综合评价,为普洱市茶园土壤养分管理和茶叶品质提升提供科学指导。【方法】采集普洱市4个典型茶叶种植区的40个茶园土壤样品,测定土壤pH、有机质及中微量元素(钙、镁、铁、锰、铜、锌)有效含量,采用隶属度函数模型计算土壤肥力综合指数,综合评价普洱市茶园土壤养分特征和肥力质量。【结果】普洱市茶园土壤总体呈酸性,pH为4.0~5.8,平均值为4.8。土壤有机质、有效钙、有效镁、有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量为4.9~41.6 g/kg、87.7~2351.9 mg/kg、56.9~272.2 mg/kg、40.3~107.3 mg/kg、2.8~64.8 mg/kg、0.3~2.9 mg/kg和0.5~5.2 mg/kg,平均值为23.4 g/kg、853.8 mg/kg、134.5 mg/kg、77.8 mg/kg、38.3 mg/kg、1.2 mg/kg和2.7 mg/kg,平均含量均达适宜水平,但不同茶园空间分布差异较大。其中,95.0%茶园表层土壤有机质含量、55.0%茶园土壤有效钙含量、62.5%茶园土壤有效镁含量达适宜及以上水平,95.0%以上茶园土壤的微量元素有效铁、有效锰、有效铜和有效锌含量适宜茶树生长。茶园土壤肥力综合指数为0.59~1.00,平均值为0.83,土壤营养状况总体较好。土壤肥力综合指数与有机质、有效镁、有效锰、有效铜和有效锌含量呈极显著正相关(P<0.01)。【结论】普洱市茶园土壤pH、有机质含量适宜高产优质茶树种植,针对土壤有效钙和有效镁等中量元素含量不足,铁、锰、铜、锌等微量元素含量过高及养分空间分布不均衡现状,需进行优化施肥和科学精准施肥,适当控制微量元素投入,加强茶园土壤测土配方工作,以维持普洱市茶园的高产优质生产。

砂浆胶-水泥改良膨胀土试验研究

为改良宿迁至连云港段航道膨胀土,选取地表以下0.5~2 m的中等膨胀土,在土中掺入不同比例高分子化合物砂浆胶和水泥混合物,通过直剪试验、膨胀率试验、干湿循环试验和裂隙分析,研究改良后膨胀土的物理力学性质。试验结果表明,随着砂浆胶和水泥的掺入和养护天数增加,膨胀土黏聚力和内摩擦角明显增加,膨胀率减小。改良后的膨胀土裂隙明显减小,且不会随干湿循环次数增加而产生更多裂隙,因此改良后膨胀土强度明显提高、胀缩性明显降低。砂浆胶和水泥改良膨胀土效果显著,成本低,优于其他改良方法,可满足工程需求。

复合成层地层盾构隧道施工引起土体变形计算研究

为解决盾构上部多层水平覆土且开挖面内上下水平分层的复合地层条件下盾构施工引起的土体变形问题,在统一土体解析解法的基础上对其中土质条件影响参数进行修正,使其可以进行复合地层条件下的土体变形计算,并对土体移动焦点范围进行了重新的划分。将修正后的统一土体解析解法与类随机介质理论相结合,得到可以解决盾构开挖面上存在多种土层情况的计算方法,并且可适用于任意开挖面形状的盾构施工。研究结果表明:经过多组工程案例验算,验证了方法的可行性;开挖面上某一土层厚度等量增加会使土体变形发生非线性变化;由于土体损失比变形传递路径对土体变形的影响更大,相同洞径比下的土体变形可能存在差异。

杭州重点茶园中微量元素丰缺状况研究

研究旨在评估杭州市茶园土壤中微量元素的有效态浓度及其丰缺情况。为此,我们对8个主要植茶县30个代表性茶园进行表层土样的采集与分析。研究发现,有效铁和锌在土壤中的浓度较为丰富,而有效铜浓度普遍缺乏,有效锰、硼、硫、钙和镁部分土壤缺乏;茶园间土壤中微量元素浓度差别较大,有效铜、铁、硼和硫元素空间变异为中等变异,有效锰、锌、钙和镁元素为强变异;土壤有效铜、铁、锌、硼和硫与pH呈负相关关系,有效锰、钙和镁与pH呈正相关关系;土壤有效铁、锰、锌、硼、钙和镁与有机质呈正相关关系,有效铜和硫与有机质呈负相关关系;中微量元素之间既有共生也有互相抑制的关系。因此,应针对不同茶园土壤的中微量元素情况,在多施有机肥的同时因地制宜地增施相应的微肥,防止茶园土壤过度酸化。

柱形装药土介质爆炸成坑效应的数值模拟研究

本文指出在爆炸案件中,为便于携带、掩人耳目,犯罪分子采用的炸药包装物常为瓶、罐等柱形物体;土体是爆炸现场的常见介质,土介质爆炸成坑效应的研究对爆炸案的现场重建等技术工作具有重要意义。为了研究柱形装药土介质爆炸成坑效应,通过量纲分析得出了一定条件下炸坑比例直径、炸坑比例深度是柱体比例半径和比例埋深的二元函数,并通过LS-DYNA模拟了不同柱体比例半径、比例埋深的爆炸成坑过程,根据模拟实验数据拟合出了该函数关系,最终得到了爆炸抛掷作用直径、炸坑真实深度与装药半径、炸药埋深之间的关系。

不同施肥组合对科尔沁沙地南缘沙地土壤健康指标的影响

为研究不同施肥组合对沙地土壤改良的效果,以辽宁省阜新市彰武县的沙地土壤为考察对象,开展了试验研究。试验以不施肥为对照(CK)处理,设置生物有机肥分别与含腐殖酸肥料(OH)、含聚谷氨酸肥料(OP)和中微量元素肥(OM)混施3个施肥处理,测定施肥后6、12、18个月的土壤中微生物数量和土壤理化性状的变化。结果表明:不同施肥处理的土壤中微生物数量均呈现细菌>放线菌>真菌的变化趋势,其中OH处理的细菌数量最多,3个取样时间的细菌数量平均值为1.510×10^(7)cfu/g,是CK处理的5.2倍;施肥处理的土壤中全磷、全钾和有机质含量均得到提高,OP处理的全钾含量平均值最高,质量分数为5.96 g/kg;施肥处理的土壤pH均呈下降趋势;施肥处理的地上部植物生物量提高。施用不同组合的肥料可以有效提高土壤微生物的数量,改善土壤理化性状,提高地上部植物生物量,是一种合理的沙地改良措施。

土壤水力参数对全球中期数值天气预报系统的影响

土壤湿度是控制陆—气界面潜热和感热通量分配的关键要素之一,而且由于其具有一定的记忆特性,可以对多种时空尺度的天气气候过程产生重要影响。在数值模式中,土壤水力参数的不确定性是导致土壤湿度模拟结果不确定性的主要原因之一。本文基于银河全球大气谱模式YHGSM(Yin He Global Spectral Model)的陆面模块,引入了VG(van Genuchten)土壤水分特征曲线模型,并探讨了模型水力参数的两种不同取值方案对土壤湿度离线模拟以及全球中期数值天气预报的影响。其中,土壤水力参数所需要的土壤类型数据来源于全球土壤数据集GSDE(Global Soil Dataset for Earth System Models)。离线试验结果表明,除了冻土和有机土壤的模拟偏差较大外,YHGSM的陆面模块对全球大部分地区土壤湿度的模拟能力较好,模拟精度与ERA5土壤湿度再分析产品的精度近似;土壤水力参数的不同取值方案对土壤湿度模拟有一定影响,其影响程度与土壤类型和局地气候条件密切相关,粗质地和中等质地土壤对模型参数的敏感性更强。从全球中期数值预报结果来看,土壤水力参数通过改变土壤湿度模拟,不仅对近地层温、湿度的短期预报结果产生重要影响,而且可能会导致预报系统积分6天后的大尺度环流场发生显著变化。因此,对于全球中期数值预报系统而言,优化土壤水力参数,提高土壤湿度模拟能力是非常重要的。此外,对于数值预报系统而言,正确模拟土壤湿度随时间的变化特征可能要比土壤湿度模拟值大小的准确与否更加重要。

减化增施有机肥和新型肥料对辣椒农艺性状及产量的影响

为观测新型肥料与常规肥料不同配施方案在辣椒生长和产量上的作用,选用菌肥(地康宝)、有机硅钙镁肥和土壤调理剂(蓝海半岛)3种新型肥料,设计了9个肥料配施方案进行试验研究。结果表明,随着有机肥增施和复合肥减施,产量呈先升后降的趋势,在T2[机肥2 000 kg·(667 m^(2))^(-1)+复合肥40 kg·(667 m^(2))^(-1)]时最高,较对照总施肥量提高30.77%,增产25.25%,但肥料利用率(PFP)较对照下降4.25%;新型肥料处理相较于对照均增加了地下部分干物质含量,其中T6[有机肥1 500 kg·(667 m^(2))^(-1)+复合肥60 kg·(667 m^(2))^(-1)+有机硅钙镁肥60 kg·(667 m^(2))^(-1)]有明显增产效果,产量和偏生产力(PFP)分别比对照高43.81%和38.61%,较T2总施肥量减少20.59%,增产14.82%,PFP提高44.76%;T5处理地康宝菌肥能提高PFP,但与对照差异不显著;通过不同的配施方案研究还发现所选3种新型肥料的肥效不够稳定,还需要后续完善改进。

饱和土与结构动力相互作用的二维摩擦接触模型

由于孔隙流体的存在,饱和土-结构的动力相互作用相比经典固-固接触的相互作用更加复杂,主要存在两类耦合问题:饱和土中的流-固耦合,以及结构与饱和土间的接触耦合。本文针对饱和土与结构间的动力接触摩擦效应问题,建立了可反映“粘结-滑移-分离”状态的饱和土与结构动力摩擦接触模型。该模型是由一系列“点-线”单元构成的接触界面,并基于摩尔库伦模型及有效应力原理,根据接触判别条件,分别从位移和孔压两方面建立不同接触状态下的接触控制方程,并通过挡土墙与饱和土的相互作用算例验证了该模型的正确性。最后,以大开地铁车站为工程背景,分析了考虑接触模型的饱和土与地下结构的动力响应,以及考虑接触模型的必要性。

软土层中控沉桩对管廊地基沉降的影响

城市管廊在建设中经常会遇到不良地质,不良地基不可避免地会引起已建成的地下综合管廊的沉降变形导致综合管廊的开裂、渗漏,影响管廊正常使用。文中以中压缩性土层上的某三舱管廊为例,通过Plaxis 2D有限元软件对有无控沉桩两种工况进行数值模拟,分析桩长、桩径和桩间距对沉降的影响。结果表明相比于无桩工况,控沉桩能显著降低管廊地基沉降量,且能避免地基出现不均匀沉降和土体发生剪切破坏等问题。桩长、桩径和桩间距对管廊地基沉降均有不同程度的影响。

黑龙江省大中型生产建设项目水土保持实践与思考——以新建黑龙江绥芬河民用机场项目为例

黑龙江绥芬河民用机场项目为新建国内支线机场项目,水土流失防治责任范围为1.97 km^(2),划分为飞行区、航站区、导航台和净空处理区4个水土流失防治分区。项目建设周期长,水土保持措施实施时间跨度大、历时长,水土流失防治情况复杂。项目建设过程中,在水土保持管理上坚持“以检促管”“以改促建”理念,在水土保持措施布局上遵循“局部增减,总量不减”“形式调整,效果不变”的原则,总体水土保持工作成效显著。项目水土保持设施验收后,各项水土流失防治指标实际完成值达标率为100%,其中扰动土地整治率、水土流失总治理度、林草覆盖率分别超出批复值的3.79、3.71、36.40个百分点,水土保持工程质量总体评定为合格。梳理总结了项目水土保持经验,可供大中型生产建设项目水土保持工作借鉴、参考。

基于多孔介质理论的径向非均质饱和土-圆形隧道衬砌稳态响应研究

考虑土体液相、施工和地应力等对隧道周围土体的影响,将隧道周围土体看作非均质饱和土,假设固相剪切模量沿径向变化。采用多圈层模型,将隧道周围饱和土划分为未扰动区域饱和土和扰动区域饱和土,扰动区域饱和土又划分为多个薄层同心环。求解了未扰动区域饱和土和各圈层饱和土的稳态解,得到了扰动区域饱和土外边界与内边界处固相位移、液相径向位移和固相径向应力之间的传递矩阵。将圆形隧道衬砌视为弹性介质,利用弹性动力学理论,得到了圆形隧道衬砌的径向位移和径向应力。考虑问题的接触面处的连续性条件和边界条件,得到了径向非均质饱和土-圆形隧道衬砌稳态响应的解析解。数值算例表明:饱和土固相径向位移和径向应力随频率变化曲线存在较为明显的波峰和波谷,且在Rω/v=1.0附近存在一定的突变。影响区域剪切模量比和剪切模量沿径向的变化规律,对非均质饱和土-圆形隧道衬砌的稳态响应有较大的影响,非均质特性和液相对饱和土-圆形隧道衬砌系统动力特性的影响,不能被忽略.