用固体力学化学理论研究岩土的力学化学行为——以成都龙泉紫色土为例

根据固体力学化学理论 ,提出用化学动力学方法研究岩土破坏及滑坡形成的机理 ,并以成都龙泉紫色土为例研究了在力与水协同作用下易滑土层的力学化学行为。实验表明 ,土长期抗剪强度降低的幅度与溶液的pH值有关 ,土的溶解速度与易溶盐含量有关 ,且溶解曲线略呈“S”型。这初步证明了龙泉紫色土破坏的力学 化学效应及其可能存在的自催化趋势。通过实验了解了力与水协同作用导致土破坏的力学化学规律 ,并将定量求解滑面长期抗剪强度与反应机理研究结合起来 ,为定量评价地下水和应力对岩土破坏机理这一滑坡学关键问题打下基础。     

降雨作用下浅层碎石土滑坡解体破坏机理研究

为了揭示浅层碎石土滑坡的变形解体破坏机理，通过资料搜集整理与分析、现场工程地质调查与勘探和室内外的物理力学试验，采用数理统计分析方法、不平衡推力法和不分离接触弹塑性有限元强度折减法，获得了滑坡的整体稳定性系数；运用碎石土边坡地下水管网状排泄系统的理论，分析了该类型滑坡的变形解体破坏过程，揭示了强降雨作用下浅层碎石土滑坡变形解体破坏的主要机理和一般的力学机理。结果表明，浅层碎石土滑坡的解体破坏过程中，滑体位移、滑体沿滑面滑动状态和塑性应变的发展以及滑面上摩擦应力的发挥程度是不一致的；强降雨是浅层碎石土滑坡体发生失稳的主要触发因素；采用弹塑性接触有限元算法可以更好地反映该类型滑坡在降雨作用下所处的实际状态及滑坡的滑动过程，为该类型滑坡稳定性的准确评价和预测预报提供可资借鉴的方法。     

黄土高原小流域坡沟系统降雨型滑坡侵蚀特征

通过野外对坡沟系统分峁坡和沟坡采样,及原状土室内干密度测定和不同含水量下抗剪强度力学实验,得到了峁坡和沟坡土壤干密度随高程的变化规律,建立了小流域坡沟系统土体的抗剪强度随含水量的变化规律,为小流域土壤侵蚀定量计算和降雨型滑坡侵蚀预报模型参数的确定提供参考.     

基于因子分析和BP神经网络的滑坡抗剪强度参数取值

滑坡抗剪强度参数取值是一直困扰滑坡防治工程设计的一大难题,目前其研究方法主要有试验法、反分析和统计分析法,但都没有考虑其他基本物理力学参数的影响。为此,提出了以某一区域工程地质条件相似的滑坡基本物理力学参数为基础,采用SPSS数学分析软件分析滑坡各基本物理力学参数与抗剪强度的相关性,筛选出对滑坡抗剪强度影响较大的因子;然后采用BP神经网络模型研究区域滑坡抗剪强度与影响因子的网络结构,并以建立的神经网络结构对该区域的滑坡抗剪强度参数进行估算;最后以万州区滑坡为例进行分析和验证。研究结果表明,采用神经网络计算的结果与滑坡试验得到的结果误差基本都在5%左右,精度较高。     

季冻区分散性黏土抗剪强度特性研究

分散性黏土因遇水呈散凝悬浮状而得名，土中黏土颗粒(主要为胶体颗粒)和可交换钠离子溶解于低盐水中而产生反絮凝现象。季冻区分散性黏土修筑的堤防、渠道出现了滑坡失稳破坏，严重威胁到工程质量和粮食安全。采用现场调研和室内试验相结合的方法，对季冻区分散性黏土的抗剪特性进行研究，结果表明：天然状态下的分散性黏土不排水强度应力-应变曲线呈硬化型且具有剪胀性；初始干密度较小时，冻融对抗剪强度影响较小，浸泡影响较大；初始干密度较大时，冻融对抗剪强度影响较大，而浸泡仅使抗剪强度下降11.25%。经历冻融+浸泡后，抗剪强度下降90%以上且强度值低于10 kPa,黏聚力和内摩擦角仅为天然状态下的1/8～1/5。冻融引起土体劣化，浸泡进一步引起土中可交换钠离子流失是引起季冻区分散性黏土滑坡的主要原因。     

滑坡动态变形过程的综合研究方法

影响滑坡变形破坏过程的因素具有复杂性和多变性，要合理评价和预测滑坡的动态发展过程，深入的地质原型调查是基础，地质分析不仅能为其它分析方法的正确使用提供资料，而且能直接对滑坡的变形破坏发展过程作出定性的判断。在此基础上建立力学模型，采用数学力学理论进行定量计算和反演分析，可进一步从本质上去把握滑坡变形破坏的发展规律。本文通过介绍李家峡水电站Ⅱ号滑坡的研究实践，说明了采用定性地质分析与定量力学计算相结合的研究方法揭示滑坡变形破坏动态过程的有效性。     

喻家土扁滑坡形成的力学机理与险情分析

喻家滑坡发现于去年5月,体积近17×104m3,呈长条纺棰状,分成上.下滑块,本文从斜坡的变形历史、特征调查入手,较深入地研究了该滑坡滑移-拉裂-推动-牵引的耦合力学机理,该滑坡正处在蠕滑阶段,近期存在整体滑移和出现较大危害的险情,已引起有关部门的重视,并采取了有力的减灾防灾措施.     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究北大核心CSCD

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

舟曲某千枚岩与砾石土质高边坡现场剪切试验及稳定性分析研究

拟建边坡工程地层主要为表层第四系坡积物、志留系千枚岩相变质岩。为了研究该边坡岩层的力学特性,选取2个典型地段采用平推法进行现场大型剪切试验。结果表明:现场剪切试验成果客观地反映了试验对象的基本性状和实际情况;强风化千枚岩的剪切特性和剪胀剪缩特性与其风化程度和岩体的完整性有关,当岩体完整、风化程度低时,岩石力学性质明显,其剪切破坏为脆性破坏,并表现为持续剪胀;当风化严重、岩体破碎时,表现出某些土的力学性质,呈塑性破坏,且表现为先剪缩后剪胀;砾石土抗剪强度与含砾石量有关,含砾石量越大,抗剪强度越高,其在低法向应力下表现为剪胀,在高法向应力下表现为先剪缩后剪胀。通过使用不同方法获得的抗剪强度参数对边坡进行稳定性分析,得出了现场大型直剪试验的成果更有利于边坡稳定性分析和加固工程设计的结论。     

化学及干湿循环作用下泥灰岩损伤劣化特性分析北大核心CSCD

库岸岩质边坡底部受水的化学腐蚀及水位变化形成的干湿循环影响,其强度远低于一般岩体。泥灰岩作为一种强度较差的特殊岩体,更易受到地质、水文等因素的联合破坏。对三峡库区巫山段常见的泥灰岩进行化学溶液浸泡及干湿循环作用,开展单轴压缩试验、直剪试验、电镜扫描试验、数值模拟,并采用PSO-BP神经网络对抗剪强度参数进行预测。研究结果表明:泥灰岩在化学及干湿循环作用后的受力变形经历着裂纹起裂-扩展-延伸-破坏四个阶段,破坏时的裂纹扩展路径呈现多向发展的趋势;岩石的单轴抗压强度、内摩擦角、黏聚力在酸性增强及干湿循环次数增加后都有明显下降,这主要与其内部结构、矿物组成有关,干湿循环作用下的热胀冷缩及化学作用下的腐蚀,加剧了泥灰岩内部裂隙扩展、孔隙增大;PSO-BP神经网络能较好地预测泥灰岩抗剪强度参数在不同pH值、不同干湿循环次数下的值,误差较小,可将该方法运用到类似案例分析中。     

中国土壤侵蚀分区及土壤流失调查

当前我国水土流失严重。治理水土流失需要掌握水土流失的现状,以土壤侵蚀分区为基础的水土流失调查高效可靠。在研究比较以往土壤侵蚀分区方案方法的基础上,尝试进行了中国的土壤侵蚀分区,并选择具体区域调查了土壤流失状况。首先根据各区域的土壤侵蚀外营力、侵蚀量等量化指标,将全国分为4个1级区,各1级区内再划分2级、3级区。以东北黑土漫岗丘陵区为例进行的水土流失调查表明,该区域的土壤侵蚀模数大于水利部《土壤侵蚀分类分级标准》中规定的容许流失量,因而急需采取水保措施。     

林火对土壤结构的影响

通过对大兴安岭新林林业局 2 0年内不同年数间隔的 10块火烧迹地土壤进行调查取样和室内实验分析 ,发现不同年限、不同强度的火烧迹地土壤结构变化情况如下 :低、中强度火烧对土壤密度和孔隙度的影响不大 ,对土壤分散系数有一定影响 ;高强度火烧对土壤密度、孔隙度和分散系数的影响显著。降雨能使火烧迹地的土壤密度和分散系数升高、孔隙度下降。连年火烧使土壤密度比未烧林地下降 ,而孔隙度和分散系数升高。由此可见 ,高强度火烧对土壤结构破坏严重 ,而低中强度火烧对土壤坚实度和孔隙状况影响不大 ,但对土壤的保水保肥能力有显著影响。     

底墒对小麦根冠生长及土壤水分利用的影响

在中国气象局固城农业气象试验基地大型水分试验场,进行了不同底墒处理对冬小麦根冠生长发育、产量构成因子和土壤水分利用影响的试验,不同底墒处理对应的播种时的土壤相对湿度分别为:>80％,75％～80％,70％～75％,65％～70％和<65％。结果表明:底墒对冬小麦的根、茎、叶等有不同程度的影响,其中对根的影响尤为显著。充足的底墒能够促进根系对土壤水分和养分的吸收,提高土壤水分利用率,使收获时土壤残留水分减少,扩充了土壤水库的库容,使其能够在汛期到来时,接纳蓄存更多的降水,充分发挥土壤水库的调控功能。叶的生长发育与底墒之间也存在明显的相关关系,底墒与叶面积指数存在着显著的幂函数关系;底墒对总穗数、穗粒数、千粒重和地上总干物重等有显著影响,小麦的穗粒重和底墒有显著的二次曲线(抛物线)关系,由此求得最佳底墒为85.37％(占田间持水量百分比)。     

成层土中考虑衰变作用的污染物迁移规律分析

针对一些有机污染物溶质具有衰变的性质以及土质衬里和地基土等存在着成层性的特点,建立了成层土中考虑衰变作用的污染物迁移计算模型,采用分离变量法获得了解析解,编制了相应的程序。通过对典型算例的计算,并与经典的GAEA Pollute软件的计算结果进行了对比分析,两者结果基本一致,证明了所提方法的正确性和可靠性。所提分析方法可供污染物填坑衬里初步设计参考。     

密云水库周边地区土壤侵蚀状况的有效性判定

针对目前土壤侵蚀状况判定方法比较单一的特点,将137Cs示踪技术与RS、GIS技术相结合,以密云水库周边地区为例进行了土壤侵蚀状况判定.结果显示:水库周边地区存在着不同强度的土壤侵蚀,总体表现为微度侵蚀,而中度侵蚀面积较1990年有所增加,因此其土壤侵蚀具有潜在危险性.将不同的土壤侵蚀判定方法结合起来应用,进行验证分析,对提高判定结果的准确性有重要意义.     

黄土区薄层浮土道路侵蚀试验研究

为研究降雨强度和坡度对黄土区薄层浮土覆盖的土质道路产流产沙的影响,在野外调查的基础上,通过室内模拟降雨试验研究不同雨强(1.0、1.5、2.0、2.5 mm/min)和坡度(2°、4°、8°、16°)条件下0.5 cm厚度浮土道路径流和产沙特征。结果表明:1)相同坡度条件下,平均径流率随雨强增大呈递增趋势,其变化范围在0.80~2.73 L/min,且1.5~2.5 mm/min雨强条件下平均径流率是1.0 mm/min的1.34~3.04倍,各雨强条件下浮土侵蚀阶段产流量占比范围在5.22%~40.38%;2)次降雨平均含沙量随坡度和雨强的增大均呈递增趋势,其变化范围在11.75~194.25 g/L,且与坡度和雨强分别呈显著线性和指数函数关系(P<0.05),1.0~2.5 mm/min雨强下浮土侵蚀阶段产沙量占比为0.05%~71.51%,其占比随雨强和坡度的增大存在波动,且混合侵蚀阶段产沙量与坡度和雨强呈良好的线性关系(P<0.01);3)累计产沙量随累计产流量的增大而增大且满足线性函数关系,决定系数均在0.96以上。研究结果揭示了薄层浮土道路径流侵蚀规律,可为土质道路治理及道路侵蚀模型建立提供参考。     

污染质在多孔粘土屏障内扩散的实验研究

污染质的运移主要由三种方式组成:弥散、吸咐和衰减转化.弥散主要包括分子扩散和渗透分散.当研究没有渗流或低水流的垃圾场内污染质穿透屏障墙的行为时,可以不考虑分子渗透分散,但必须考虑分子扩散作用.设计了一个有浓度差、无水头差的实验装置,并用量纲分析方法建立了相应的力学数学模型,来分析屏障墙对污染质离子的控制作用,测定了多种离子在粘土介质中运移的扩散系数,验证了Fick第二定律的基本假定,同时还发现了阴离子在土壤中扩散速度普遍比阳离子大的现象,并对此进行了解释,讨论了温度、流程、屏障材料的性质对离子扩散系数的影响.     

基于砂土液化分析的穿越管道抗震可靠性

主要研究砂土液化作用下,穿越管道的失效机理及其可靠性问题,并相应提出了一些合理的措施和管理方面的建议.论述中引入了灰色理论,较好地解决了地震工程中用模糊数学及概率、数理统计难以解决的灰色问题,并对穿越管道的砂土液化和场地评定做了有效的评判.     

基于植被状态指数的土壤湿度遥感方法研究

利用1981-1994年连续504旬的NOAA AVHRR 8km分辨率的NDVI时间系列数据,以及对应时段全国102个固定农气观测站(-20cm深度)的旬土壤湿度资料,建立了植被状态指数IVC与土壤湿度之间的统计模型,由旬IVC值来换算出每旬的土壤湿度,用以反映全国的逐旬土壤水分分布.对模型进行的统计检验表明,模型都通过了置信度为α=0.05的统计检验.试验结果表明,这种方法在作物生长期内可应用于全国大范围的土壤湿度遥感监测,简便易行.