浙江红壤坡面菜地养分流失模拟试验及模型建立

以室内人工模拟降雨试验为研究手段,以强降雨过程中红壤丘陵区坡菜地随径流、泥沙迁移的养分流失规律为研究目的,分别在不同坡长(2m,3m,4m,5m)、不同植被覆盖度(0%,30%,60%)和不同表层土壤养分含量条件下进行了有效模拟降雨试验共计25场次,每个场次降雨试验的产流历时设计为30 min,固定雨强为120 mm·h~(-1)。将径流量、产沙量和原表土中各养分的含量作为影响养分流失的主要因子,进行了氮,磷和有机碳流失量的多元回归模型的拟合,并通过对拟合模型验证,得出TN,TP和TOC流失量80%的计算值和实测值之间的相对误差均小于20%,同时,通过实际情况验证,发现TN,TP流失量75%的计算值与实测值之间的相对误差均小于20%。因此,该模型可适用于浙江红壤区坡面菜地养分流失的预测。     

雨强和植被覆盖度对坡地侵蚀产沙影响强度研究

以降雨强度和植被覆盖度为两个主要变量,采用人工模拟降雨的试验方式,应用线性和非线性相结合的计算方法,分析研究了降雨强度和植被覆盖度这2个直接因素以及径流量和含沙量2个间接因素在坡地水力侵蚀产沙过程中的复合影响及影响权重,结论如下:在单一要素的拟合分析中,雨强和径流量的相关性最大,植被覆盖度与含沙量的关系最明显。由此推得,雨强对径流量的影响显著,植被覆盖度对产沙量的影响大于雨强;复合相关性拟合显示,产沙量与径流量和含沙量的关系显著,含沙量对产沙量的影响大于径流量的影响,雨强对产沙量的影响大于植被覆盖度;4个分析因素中,对坡地侵蚀产沙影响权重最大的是径流量,2个直接因素中以雨强的影响权重最大。由此提出,在坡地侵蚀产沙的控制实践中,应在坡面水利工程控制坡面径流的基础上,发挥植被覆盖度的作用。     

基于随机森林算法的水土流失影响因子重要性分析

水土流失是诸多因素综合所致,确定水土流失因子的重要性具有重要意义。本文以福建省为例,利用土壤侵蚀强度等级数据及导致水土流失的年侵蚀降雨量、土壤类型、坡度、坡长、植被覆盖度及土地利用类型等数据,引入随机森林算法,提出通过平均精确率减少值(MDA)和平均不纯度减少值(MDG)归一化相加的方法确定要素重要性,并与MDA和MDG排序赋值相加的方法进行对比。结果表明:随机森林算法适用于水土流失影响因子重要性分析;归一化相加法对因子重要性的表征效果较好,优于排序赋值相加法,不仅能判别因子的相对重要性,还可定量表达因子间差异的显著性;在所分析的六个要素中,植被覆盖度最为重要,地形特征次之,而土壤类型对是否发生水土流失重要性影响较弱,与已有的实验和研究结果吻合,结果合理。在判断无流失与其它流失等级间关系时,植被覆盖度的重要性具有很大的优势,量级上是第二位的2倍以上。     

陕西省吴起县斜坡几何形态与地质灾害相关性研究

根据陕西省延安市吴起县地质灾害详细调查成果,对区内73处地质灾害隐患点的调查数据进行了统计分析。总结了吴起县滑坡、崩塌特征,探讨了吴起县斜坡坡型、坡度、坡高和坡向对滑坡、崩塌发生的控制作用,得出了斜坡几何形态与滑坡、崩塌的相关性规律。结果表明:吴起县地质灾害隐患点中,凸型和直线型坡更容易形成滑坡或崩塌,凹型和阶梯型坡相对稳定。当斜坡的坡度在30°~40°、坡高在40~70 m时,主要发育滑坡;当斜坡的坡度大于60°、坡高在30~50 m时,主要发育崩塌;且滑坡、崩塌的平均高度约为各自所处斜坡坡高的3/4。滑坡、崩塌灾害阳坡较阴坡发育,其坡向主要分布在90°~180°、240°~270°之间。分析结论为该县防灾减灾工作提供了一定的参考价值。     

治理富营养化水体藻华灾害的固定化菌藻技术研究

以活性污泥菌悬液分别与小球藻、盘星藻和斜生栅藻进行配比固定,构建了多种固定化菌藻体系,对其处理富营养化水体水的效果进行了研究。结果表明,固定化菌-藻比例对处理效果有显著的影响,在最佳配比分别为小球藻:菌=1∶1,盘星藻:菌=2∶1,斜生栅藻:菌=1∶1的菌-藻体系中,其中TN最大累积去除率可分别达到39.03%、36.31%和34.34%,而PO34-P最大累积去除率分别为88.55%,91.73%和86.00%。在所构建的三种菌-藻体系中,活性污泥-小球藻体系在处理富营养化程度不同的水体时,均可获得较为理想的效果,其TN、NH4+-N、PO3-4P最大累积去除率分别达到98.82%,99.34%和94.01%,处理后的水体水质可达到地表水环境质量标准中的Ⅰ类标准,是藻华灾害原位治理的可行技术。     

添加剂对微生物胶结砂渗流特性的影响研究北大核心CSCD

从MICP反应环境及细菌代谢过程分析出发,选取NH_(4)Cl与NaHCO_(3)作为添加剂,应用于砂土的微生物改性加固,研究结果表明:(1)NH_(4)Cl、NaHCO_(3)添加浓度为0.1 mol/L时,CaCO_(3)生成量显著增加,相较于添加前增加了68.30%,原因是NH_(4)Cl和NaHCO_(3)的添加,调节反应体系pH值,使其更趋近于脲酶最佳活性所需碱性环境,同时促进细菌活性及代谢过程,进而增加CaCO_(3)生成量;(2)核磁共振检测结果显示,添加NH_(4)Cl、NaHCO_(3)后固化砂柱的孔隙率减小了15.93%,渗透系数降低了2~3个数量级,与MICP固化结果相比也有明显改善,渗透系数降低了50%以上;(3)在渗流模型分析中,一方面考虑CaCO_(3)沉淀对孔隙的填充作用,将其等效为填充于砂颗粒间的小颗粒,提出了MICP固化效应系数表述灌浆加固前后砂颗粒平均粒径的变化,另一方面根据固化后微细观检测分析结果,考虑CaCO_(3)沉淀对砂颗粒表面形貌的改变,调整模型中的颗粒材料形状系数α的取值。综合这两个方面对Kozeny-Carman渗流模型进行了修正,验证分析表明,修正后的Kozeny-Carman渗流模型能够较好地描述加固体的渗流特性,这也为MICP固化砂土的渗流特性分析提供了一种便捷的思路,只需测试不同阶段CaCO_(3)的生成量,就可以比较准确地估算加固体的渗透系数。     

卓福泥石流成因分析和减灾措施

2003年5月4日至7月8日,张家界地区出现连续的降雨过程,累计降雨量达509 mm;7月8日~10日为强降雨过程,7月9日爆发强大的卓福泥石流。卓福泥石流位于焦柳铁路K 996+654.6~K 996+750.4段,其冲毁路基,覆盖线路深20余米、长100余米,使轨道呈麻花状并被横推3 m多远,涵洞堵塞。对卓福泥石流的成因进行了分析,该处的地形、地质因素是泥石流爆发的客观条件,长时间的前期降雨及短历时的强降雨过程是泥石流爆发的诱因。介绍了灾后排水、减载及整道等抢险措施和修建坡面排水系统、明洞及抗滑桩等整治措施。     

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。     

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。     

山区镇域山洪灾害危险性分区研究——以跳石镇为例

山洪对山区人们的生命和财产安全构成了严重的威胁,近年来的一系列山洪灾害造成了重大的人员伤亡和财产损失,严重制约了山区社会经济的可持续发展。以重庆市巴南区跳石镇为研究范围,针对山区镇域山洪灾害的形成特点,构建了由微地貌类型、地形坡位、汇流累积量和植被覆盖度等组成的山区镇域山洪危险分区指标体系,并在Arc GIS平台支持下,通过相应方法获取研究区危险分区指标数据,利用建立的镇域山洪危险分区模型计算得到各评价网格单元山洪危险综合指数并据此进行了综合分区。研究结果表明:跳石镇山洪灾害以低危险和中危险等级为主,分别占总面积的40.12%和34.23%,而中危险区和高危险区共占总面积的47.37%;居民房屋位于中危险和高危险区范围内的面积达846427.9 m2,占房屋总面积的45.40%;在汛期,跳石镇防治山洪的任务较繁重。研究成果可为跳石镇的山洪灾害防灾减灾提供决策依据,同时也可为山区镇域山洪灾害危险分区提供理论参考。     

河西走廊泥石流灾害危险性评价及影响因子分析

河西走廊是丝绸之路经济带的黄金段和纽带,在国家"一带一路"战略中区位特殊,地位重要。以甘肃省地质灾害报告数据为基础,结合河西走廊地形地貌、水文、土壤和植被等情况,选取高程标准差、坡度、表层0~100 cm内的粘粒和砂粒含量、5-10月降雨量、河网密度和植被覆盖度等7个环境变量,利用Arc GIS技术建立了泥石流沟发育样点和环境变量空间分布图层,构建了河西走廊泥石流灾害危险性最大熵(Max Ent)分布模型,预测了河西走廊泥石流灾害危险性分布概率P,划分危险性等级,完成了河西走廊泥石流灾害危险性评价制图,并分析了各环境变量对P的贡献率和响应曲线。结果表明:P为0~0.95;其中,极高度危险区(0.5≤P≤0.95)面积约2.57万km~2,约占河西走廊总面积的9.92%;高度危险区(0.2≤P0.5)面积约4.11万km~2,约占河西走廊总面积的15.87%;中度危险区(0.09≤P0.2)约4.90万km~2,约占河西走廊总面积的18.92%;低度危险区(0≤P0.09)约14.32万km~2,约占河西走廊总面积的55.29%。     

四川省汶川县簇头沟“7.10”泥石流灾害成因与特征分析

簇头沟是岷江右岸一条低频泥石流沟,受2013年7月极端暴雨的影响,暴发特大泥石流。结果显示,汶川地震造成流域内的坡面和沟道堆积的大量的松散物质是泥石流形成的物源,流域上游暴雨及其形成的山洪是此次泥石流形成的激发因子。"7.10"泥石流为过渡性泥石流,泥石流容重约为1.8~1.9 t/m3,沟口处最大流速为9.2 m/s,峰值流量为515 m3/s,冲击力达到3 657 t,输沙总量约为50×104m3。泥石流过程表现为为暴雨(山洪)—滑坡(坡面泥石流)—泥石流—堰塞湖—溃决洪水。对震后低频泥石流危险性认识不足、防治工程设计标准偏低是此次灾害造成重大损失的主要原因。在未来灾害防治工程设计中,应合理估计灾害规模和潜在风险。     

基于改进突变理论的滑坡稳定性分级判别

基于改进的突变理论,提出一种滑坡稳定性的综合判别方法。利用山西省交城县24个滑坡实地调查的基础资料,从孕灾环境、承灾体属性和诱灾因素3个方面,选取相对高差、岩土体类型、斜坡岩土体风化程度与裂隙发育特征、植被覆盖率、斜坡结构类型、坡面形态、斜坡坡度、后缘加载、前缘切坡、降雨量10个指标,建立了滑坡稳定性判别模型。采用突变理论、模糊数学、贡献率法相结合的方法确定了初始隶属度函数值,由归一公式逐层递归运算得到总突变级数,利用改进的突变理论方法对总突变级数进行转换,形成新的滑坡稳定性判别准则。将改进后的评判结果与实地调查结果进行对比分析,表明改进的判别方法精度较高,可为滑坡地质灾害的稳定性评价及其防治提供参考。     

天山北麓溜砂坡分布特征及易发性研究

溜砂坡为一种广泛发育于冰缘环境的特殊灾害,具有自稳性差、突发性高、复发性强等特点,容易失稳产生危害。通过对天山北麓溜砂坡发育规律与影响因素的关系进行统计分析,选取地质环境条件、内外营力作用及人类工程活动等3类评价指标,采用AHP-模糊综合评价法对指标权重定量,建立溜砂坡易发性评价模型。研究结果表明:(1)溜砂坡主要分布于海拔1 600~2 500 m的冰缘斜坡环境、玄武岩及砂板岩等硬岩、碎块及次块状坡体结构、阴坡或半阴坡中;(2)海拔和冻融风化作用是影响溜砂坡易发性最主要的两个因素,其次是地层岩性;(3)实例分析结果显示,溜砂坡易发性评价模型具有较好的适用性和准确性。     

通渭黄土滑坡变形特征及致灾机理分析∗

2019 年 9 月 14 日,甘肃省定西市通渭县发生大型黄土滑坡。通过对该黄土滑坡的现场调查和无人机航测,查明了孕育滑坡的地形地貌、水文地质等条件,对滑坡体的形态特征、结构特征和运动模式进行深入研究,揭示了常家河滑坡的致灾机理。运用高密度电法对滑坡体进行探测,探明滑坡区域的地层结构、滑体厚度、地下水分布及空间展布情况。结合有限元法和严格的极限平衡法计算坡体的稳定性,得到降雨条件下滑坡坡体的最大剪应变区域分布及斜坡稳定性随着降雨持时的变化规律。研究结果表明：(1)通渭滑坡整体形态呈圈椅状,分为 3 个典型破坏区域,形成大量垂直陡坎,黄土滑动厚度约为 8~50 m;(2)通渭滑坡属“牵引?推移”式顺层滑坡,运动方式为“坡脚失稳牵引?中部受阻滑移?后部失稳推移”;(3)地下水多为裂隙岩溶水,地层结构不明显,早期地震等地质构造活动对地层形状影响较大;(4)黄土斜坡稳定性受降雨持时影响持续降低,斜坡最大剪应变区域多分布于斜坡中上部, 且从泥岩接触面向坡面发展;(5)降雨是触发通渭滑坡的最直接因素,冲沟发育、河流侵蚀与农业生产活动是重要的孕灾条件。     

神府煤田废弃堆积体新增水土流失研究

通过野外模拟降雨试验,对比分析了弃土弃渣体、煤矸石与原生地面的径流产沙规律。结果表明:(1)原生地面产流量随时间变化较小,煤矸石产流量随时间递增,弃土弃渣体产流量在产流开始后6 min内波动较大,随后趋于稳定。原生地面和弃土弃渣体的稳定产流量与雨强呈显著的线性关系;(2)原生地面及煤矸石的侵蚀发生于整个降雨过程,弃土弃渣废弃堆积体的侵蚀主要发生在产流初期。弃土体在产流开始后的0~6 min内侵蚀速率显著递增,6~15 min内缓慢递减,15 min后达到相对稳定。弃渣体的侵蚀速率分两个阶段:产流开始后0~6 min内,侵蚀速率较大,且随雨强变化波动明显,6 min后达到相对稳定;(3)原生地面、弃土体及沙少石多弃渣体的侵蚀总量与雨强、径流总量均分别呈线性函数、指数函数和线性函数关系;(4)与原生地面相比,煤矸石的侵蚀总量和径流总量分别减少了86.53%~98.41%和26.42%~71.39%,弃土弃渣体的新增侵蚀总量和新增径流总量为原生地面的2.25~631.59倍和-0.01~10.57倍。因此,矿区需要做好弃土弃渣堆积体的防护工作,以减缓其严重的水土流失。     

卤水-干湿侵蚀下HDC力学性能试验及损伤本构模型研究

为了研究卤水-干湿循环环境下高延性混凝土(HDC)单轴受压力学性能,以3种高浓度卤水溶液为侵蚀介质,对HDC共进行了195次干湿循环试验,分析了卤水与干湿循环共同作用对HDC抗压强度、抗折强度及应力-应变关系的影响。试验结果表明:HDC对卤水有较好的抗侵蚀能力,且破坏时的应变基本保持在(2.5～3.5)%,为延性破坏;在整个循环周期内,试件的质量均出现先降后升的现象,其中溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中的HDC试件在150次循环后质量缓慢增长至94%;溶液3(15%Cl~-+5%SO_4~(2-))中HDC抗压强度耐腐蚀系数和抗压强度下降幅度最大,分别为33.1%和50%;根据试验结果,推导出了化学损伤变量的表达式,进一步耦合力学损伤,引入耦合损伤变量D,建立了HDC在力学和化学损伤耦合作用下的弹塑性-化学损伤本构模型。     

鲁甸地震红石岩崩塌触发机理分析

8·3云南鲁甸地震导致大量山体崩塌,造成重大经济损失和人员伤亡,其中牛栏江右岸火德红乡红石岩特大岩质崩塌规模1200万m~3,形成坝高96m,库容近2.3亿m~3的堰塞湖,成为震后危险最大的灾害点。在野外调查的基础上分析了红石岩崩塌的形成机理与灾害特征,并在此基础上通过有限差分方法 FDM研究了红石岩山体在鲁甸地震的动力响应特征和崩塌的形成机理。结果表明,红石岩崩塌形成的主要内因为地形条件,地震作用是主要诱发因素。红石岩山体在动态的拉应力和剪应力的共同作用下,产生"拉裂-剪切破坏",形成较大的山体崩塌。红石岩在地震荷载的作用下,岩体的崩塌在地震作用4~6s内发生,即为地震动峰值加速度VGA所在的时间段。坡体的响应特征表现出了高程放大效应、坡面应力叠加效应和坡体表面凸起放大效应,且在与坡面倾向同向的水平剪切波作用下,坡体响应最为剧烈。     

考虑抗剪强度参数劣化的水库岸坡稳定性分析

在水库正常运行过程中,库岸边坡岩土体物理力学特性不可避免的存在劣化的趋势,对应岸坡的整体稳定性也将逐渐降低。基于此,选取三峡库区典型岸坡,考虑水库运行过程中岸坡岩土体的劣化效应,对水库岸坡在降雨、库水位升降工况下的稳定性进行了计算分析。结果表明:(1)单纯考虑岸坡岩土体抗剪强度参数劣化时,当劣化比例达到30%左右时,岸坡达到临界破坏状态;(2)如果在抗剪强度参数劣化过程中考虑降雨作用,当劣化比例达到15%左右,在100 mm/d的极端暴雨情况下岸坡将达到临界破坏状态;(3)如果在抗剪强度参数劣化过程中考虑库水位上升或者下降作用,当劣化比例为15%~20%时,大于1 m/d的库水位升、降速率很可能导致岸坡达到临界破坏状态。因此,在岸坡地质灾害防治中,一方面,要考虑岸坡岩土体抗剪强度参数的实际劣化效应;另一方面,在水库运行过程中要合理的调整库水位运行调度方案。相关研究成果可为岸坡长期稳定分析评价提供较好参考。     

高烈度地震区大跨长联连续梁桥抗震分析及性能评价

以某高速公路上一座跨度为(55+4×90+55)m典型长联连续梁桥为工程背景,采用有限元软件建立其动力分析模型,分析了该桥的动力特性。在100 a超越概率63%和50 a超越概率2.5%两种地震水平作用下,采用反应谱法和时程分析法对桥梁结构进行了地震响应分析,并结合桥墩验算截面的弯矩一曲率关系曲线,评估了该桥的抗震性能。分析结果表明,在E1、E2两种概率地震作用下,桥梁结构处于弹性工作状态,满足下部结构弹性设计的设防目标。研究结果可以指导同类桥梁的抗震设计。