考虑相关长度的土壤开裂模型改进及其参数对裂隙形态的影响

为探索蒸发作用下农田土壤表面干缩裂隙发育规律及机理,文章改进了基于胡克定律的土壤开裂模型,在模型构造临界应变随机场时引入反映土壤空间连续性的相关长度概念,用以模拟土体的动态开裂。研究结果表明,模型体现了裂隙在自然界发展的动力学特征,模型中的参数代表了土壤的物理性质。经计算,试验与模拟图像的裂隙面积、长度、欧拉数密度决定系数均大于0.5,均方根误差、偏差很小,一致性指标接近1,说明改进后的模型达到率定要求。采用Minkowski面积、长度密度和欧拉数密度比较两模型优劣程度,其中,决定系数R2在0.889～0.968之间,一致性指数IA在0.964～0.993之间,更接近1,这表明改进后的模型模拟结果整体优于原模型模拟结果,很好地体现了裂隙的动态开裂过程。文章最后分析了改变随机场内空间相关长度、以及异质性对模型模拟开裂的影响,结果表明:相关长度越长、异质性越低,其开裂越均匀。     

基于X-ray CT的古土壤孔裂隙识别与表征

[目的]对古土壤内部孔隙裂隙结构的形态、类型、孔径分布进行精确表征,为斜坡中古土壤水力学性质的研究提供重要依据。[方法]利用X-ray CT对泾阳南塬S5古土壤原状试样进行扫描,利用VG studio Max和AVIZO三维可视化软件,经过滤波处理、阈值分割、三维重建得到了三维可视化数字古土壤模型,计算了二三维孔隙度,基于形状因子提取了古土壤中孔隙和裂隙并进行分类,提出了各类空隙的孔径表征算法。[结果](1)古土壤中孔裂隙并存,在空间上具有显著的垂向性和空间异质性,在空间形态上可由形状因子(SF)区分为裂隙(SF40.18)、枝杈状孔隙(7.01SF≤40.18)、长柱状孔隙(2.0SF≤7.01)、椭球状孔隙(1SF≤2)和球状孔隙(SF≤1);(2)大孔隙度(等效直径大于100μm)为9.86%,占总孔隙度(41.18%)的23.94%,表明古土壤中以等效直径为100μm以下的孔裂隙为主;(3)孔径分布在0.1～5mm之间,以0.1～0.7 mm为主,而体积贡献率上以0.7～1.0 mm为主,裂隙最大开度5.1 mm。[结论]古土壤是一种以中小微孔隙为主,(特)大孔隙和(微)裂隙伴生的双重介质土体,X-ray CT和三维可视化重建技术为古土壤孔裂隙识别和表征提供了一种有效的途径。     

喀斯特岩溶裂隙对地下径流和氮素垂直渗漏的影响

为了探究水土漏失过程对岩溶裂隙发育形态的响应,采用野外模拟降雨试验,研究了裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)两种结构形态岩溶裂隙对地下径流及氮素垂直渗漏的影响,并以全土微区(QT)为对照。结果表明:裂隙出露型岩土(XL)、裂隙埋藏型岩土(XM)和全土(QT)3个处理中地下径流对降雨的响应时间表现为XLXMQT,其初始地下径流产流时间分别是29,77,139min,XL和XM初始地下径流产流时间分别比QT减少了79.14%,44.60%;降雨产流阈值分别为20.64,55.06,94.90mm,以QT的降雨产流阈值为基准,XL和XM的降雨产流阈值分别减少了78.25%,41.98%;地下径流达到稳定的时间分别为59,107,169min,稳定径流速率分别为42.09,42.36,38.24mm/h。不同结构形态岩溶裂隙下XL全氮、硝态氮渗漏浓度最高,浓度均值分别为11.64,10.45mg/L,除XM外,XL、QT在降雨结束前地下径流中的全氮、硝态氮浓度基本达到稳定;不同结构形态岩溶裂隙下全氮渗漏量表现为XLXMQT,硝态氮渗漏量表现为XMXLQT,地下径流中氮素输出的主要形式为硝态氮,其比例约占全氮渗漏量的82.32%~90.12%,而铵态氮渗漏量占全氮渗漏量的比例不足2%。裂隙的存在,尤其是出露地表裂隙的存在,增加了微区底部单位面积土壤地下径流速率,同时还增加了微区底部单位面积土壤氮素渗漏量,喀斯特地区普遍存在的裂隙结构促进了水分入渗,加剧了地下径流中氮素的渗漏。本研究相关结果可为喀斯特地区水土漏失机制的探索以及物质迁移模型的构建提供科学依据。     

三峡水库西陵峡峡谷段岩质岸坡类型分析

在岩质岸坡稳定性分析评价中,控制岸坡稳定的主要因素有岸坡岩性组合特征、岩体结构类型和岸坡结构类型。它们的组合构成了岸坡的基本地质模式,并且组合类型通常决定了岸坡的稳定状况及主要变形破坏方式和规模。选择密度作为划分岩体结构工程分区的依据,对西陵峡峡谷段岩质岸坡岩体结构类型进行了研究,建立了一套适合于三峡库区岩质岸坡类型划分的分类方案,为三峡库区岩质岸坡破坏模式的分析奠定了基础。     

金沙江干热河谷元谋强侵蚀区土壤裂隙形成与侵蚀机制

根据金沙江干热河谷元谋地区红土层非常发育的裂隙现象,对该地区典型区土壤裂隙形成的环境和土壤剖面进行了调查,并采样进行相关土壤理化性质测定、粘土矿物X-射线衍射分析以及土壤微形态研究。结果表明:(1)该区旱季丰富的土壤裂隙形成与该区主要分布的第四系古红土层(QS)和第四系元谋组的黄棕色土层(QY)等红土母质特性有密切关系;(2)由于土壤裂隙非常发育,成为了边坡崩塌和直接产生重力侵蚀的成因,加剧了土壤侵蚀过程,导致了土柱和土林等强侵蚀景观形成。研究表明,土壤裂隙是金沙江干热河谷元谋地区强烈侵蚀和水土流失所特有的成因。     

川东平行岭谷典型岩溶含水介质特征的识别方法探讨——以重庆青木关地下水系统为例

采用流量指数衰减法、示踪试验法、地球化学法等3种方法,探讨重庆青木关岩溶含水介质的组合情况.通过流量指数衰减法计算发现,研究区地下水系统管道水和裂隙水分别占含水层水资源量的16.7%和83.3%,裂隙介质在地下水资源的调蓄中发挥着重要的作用;示踪试验表明,研究区发育有一条规模较大的岩溶管道,管道直径为数米级;水化学和δD,δ18 O值表明,研究区地下水系统的含水介质为裂隙和管道介质并存.研究认为,可用流量指数衰减法查清不同含水介质的构成,辅助以示踪试验法计算管道直径及相关的水文地质参数,并圈定流域范围,地球化学法作为以上2种方法的补充.     

不同应力状态下裂隙岩体水力劈裂试验研究

以水泥砂浆作为类岩石材料,采用水-固-热耦合试验系统、电液伺服万能试验机、动态数据采集分析系统以及自主设计研制的高压水密封装置分别进行了不同注入流量条件以及单轴压应力作用下裂隙岩体水力劈裂试验。研究结果表明:无轴向拉压作用下,注入流量越大,试样劈裂破坏历时越短,越容易发生劈裂破坏,且试样水力劈裂起裂水压与劈裂水压的比值Pini/PIc与注入流量呈线性关系;注入流量不变的情况下,垂直裂缝走向的轴向压应力对试样水力劈裂起抑制作用,平行裂缝走向的轴向压应力较小时(0.1~0.3 MPa)对砂浆试样水力劈裂起抑制作用,较大时(0.4~0.5 MPa)对砂浆试样水力劈裂起促进作用。     

利川峡口塘电站的工程地质问题

详述了峡口塘电站区域地壳稳定，水库渗漏，裂隙化岩体的变形特征，软弱夹层等主要工程地质问题的勘探方法及研究思路，基本查清了不同工程地质问题的成因，规律及分布范围，为工程地质评价提供了依据，为设计提供了较详细的地质结论。     

作物根系对农田土壤干缩开裂影响的试验分析

为探究农田中作物根系对土壤干缩开裂行为的影响,对根系作用及无根系作用下的农田土壤进行了自然干缩开裂试验,讨论了根系作用及无根系作用下土壤干缩裂隙的发育规律,分析了根系对土壤干缩裂隙形态及其Minkowski密度的影响.结果表明:相比无根系影响的土壤,根系影响下的土壤干缩裂隙在根系附近裂隙发育程度较低,裂隙宽度、单个裂隙...     

紫色土坡耕地埂坎裂隙发育对土壤入渗的影响

为揭示埂坎裂隙发育程度对土壤入渗性能的影响,该研究选取了3种裂隙发育程度（重度发育、中度发育、轻度发育）的埂坎为研究对象,利用双环入渗试验揭示裂隙发育的埂坎土壤入渗规律并采用入渗模型进行模拟。结果表明：1）不同裂隙发育程度下,埂坎土壤入渗率变化趋势均为先迅速下降后逐渐趋于稳定。有裂隙埂坎各时段的入渗率均大于对照组无裂隙埂坎,但其差值均随入渗时间的增加而减小;2）随着埂坎裂隙发育程度的增加,土壤初始入渗率、平均入渗率、稳定入渗率和累积入渗量均增大,其中初始入渗率的增幅最高（98.72%）;3）控制初始含水率条件下,裂隙深度和面积-周长比仍与初始入渗率、平均入渗率及120 min累积入渗量呈显著正相关（P＜0.05）,裂隙面密度仅与平均入渗率呈显著正相关（P＜0.05）;4）Kostiakov模型和Mezencev模型对不同裂隙发育程度下埂坎入渗过程拟合效果较好（R2为0.84～0.99）,但Kostiakov模型只有在一定时间范围条件下才能有效描述裂隙埂坎入渗过程。研究结果可为紫色土区坡耕地埂坎的建设、维护管理和合理利用及水土保持提供参考。