固化剂与糯米浆固化土的工程性能对比分析

[目的] 通过分别掺入离子固化剂、糯米浆对工业废料铁尾矿砂与黄土混合土进行固化试验,研究对比两种固化剂对目标土样的固化效果差异,为后续的工程应用及研究提供理论支持。[方法] 采用离子固化剂与糯米浆分别对目标混合土进行固化研究,通过干湿、冻融循环试验和自然风化试验对试件抗压强度的改变,综合评价两种固化剂对试件强度和耐久性的影响,并根据扫描电镜试验与比表面积试验测得孔隙结构对强度的影响。[结果] 掺入1.5%离子固化剂的混合土强度改善效果优于其他掺量的离子固化剂改良土,比素土提升50%强度;掺入10%糯米浆的混合土强度使素土强度增加110%。经过耐久性试验之后,掺入1.5%离子固化剂的混合土强度损失率更小,掺入10%糯米浆的混合土强度残余更高。[结论] 离子固化剂与糯米浆作为固化剂,均可提升土体材料的强度性能。糯米浆作为固化剂的固化效果优于离子固化剂。     

EN-1固化剂对土壤抗崩性的影响

[目的]探讨EN-1固化剂对土壤抗崩性的影响,为固持河岸边坡提供理论依据。[方法]应用室内静水崩解试验,研究添加EN-1固化剂比例为0(素土),0.05%,0.10%,0.15%,0.20%和0.30%水平时,分别在压实度0.85,0.90和0.95状态下,养护3,7和15d的崩解量和崩解速率。[结果]在试验设计的EN-1固化剂掺入量、养护龄期和压实度范围内,随EN-1固化剂掺入量的增加、养护龄期的延长和压实度的增大,固化土的崩解量较素土显著减小。[结论]从固化剂的有效利用率和经济的角度考虑,当EN-1固化剂掺量为0.20%时,养护龄期为7d及以上时,压实度为0.90及以上时抗崩解固土性能较好。     

EN-1固化剂对4种土壤抗剪强度的影响

[目的]为了探讨离子固化剂路邦EN-1对黄土性土壤的固化性能。[方法]对(土娄)图土、风沙土、黄绵土、黄棕壤4种土在不同固化剂掺量、养护龄期的固化进行了直剪试验。[结果]路邦EN-1固化剂可以有效提高4种土壤的抗剪强度,特别是大幅度提高了(土娄)和黄棕壤的黏聚力。[结论]固化剂的掺量并非越大越好,掺入量过多反而会降低土壤的抗剪强度。掺量为0.01%,养护时间为28d时固化效果最佳。路邦EN-1固化剂适用于黏粒含量较大的土壤,不适用于砂粒含量较大的土壤。     

浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的动态特征

[目的]分析浑善达克沙地土壤水分深层渗漏的时空分布特征及饱和条件下的土壤水分入渗,为沙地水分循环、水量平衡、水资源评估提供理论依据.[方法]运用土壤深层渗漏水量记录仪对浑善达克流动沙地、小叶锦鸡儿(植被覆盖度20％～30％)半固定沙地和小叶锦鸡儿(植被覆盖度40％～50％)固定沙地200 cm以下深层渗漏情况进行连续监...     

表面张力对坡面薄层水流临界雷诺数的影响

[目的]探究坡面薄层水流流态判别时表面张力的作用。[方法]采用比较作用力大小的理论方法。在比较表面张力(未降雨条件下)在运动方向上的所体现的表面波阻力与黏滞力大小的基础上,基于相关文献试验及数值模拟结果,分析波长、波高与水深的定量关系。[结果](1)层紊流判别临界雷诺数与弗劳德数、滚波波长、波高有关。(2)滚波发生条件(Fr≥2),坡面薄层水流临界雷诺数大于明渠水流临界雷诺数。[结论]滚波发生后坡面薄层水流临界雷诺数最大值为明渠水流的1.187 5倍。     

基于CT扫描技术的土柱孔隙结构及其抗侵蚀能力研究——以种植百喜草为例

[目的]分析百喜草土柱孔隙结构与土壤抗侵蚀能力之间的联系,为水土保持植物措施的优化布设以及效益评估提供科学依据。[方法]依托植物土柱长期微区试验,通过CT扫描技术研究种植百喜草的土柱孔隙指标(孔隙长度密度、体积密度、表面积密度和孔隙数密度),开展边坡水槽冲刷试验。设置3个坡度(10°,20°和30°)和5个流量(0.8,1.6,2.4,3.2,4.0 L/s)组合量化土壤抗侵蚀能力,分析孔隙指标与抗侵蚀能力因子之间的关系。[结果]百喜草土柱孔隙发育程度随生长时间不断增强,而随土层深度减弱;4个孔隙结构指标在0—5 cm土层的数值远大于5—10 cm土层,且表层0—5 cm的平均土壤细沟可蚀性(0.026 s/m)和临界水流剪切力(7.0 Pa)分别是下层5—10 cm的0.33,1.54倍。[结论]植物根系发育的孔隙指标能够表征土壤抗侵蚀能力变化,CT扫描获取的4个孔隙结构指标与细沟可蚀性等因子显著相关,其中孔隙表面积密度与土壤抗侵蚀能力指标关系最为密切。     

2007-2017年府谷-龙门段河道冲淤特征及其动力机制

[目的]河道演变是水流、泥沙与河床边界相互作用的结果,对水利工程的安全、洪涝灾害的防控有显著的影响。黄河中游府谷—龙门段位于晋陕峡谷地带,以黄土高原沟壑侵蚀地貌为主,流经的黄土高原地区是黄河泥沙的主要来源,因此研究该河段的河道冲淤特征及影响因素对控制黄河中游水土流失有重要意义。[方法]基于府谷、吴堡、龙门3个典型水文站径流泥沙及河道断面数据,分析了2007—2017年府谷—龙门段河道冲淤特征及相关影响因素。[结果](1)近11年来府谷—龙门段河道整体表现为冲刷,其中府谷—吴堡段表现为河道冲刷量逐渐减小,吴堡—龙门段表现为河道冲刷逐年加剧。(2)府谷—吴堡段呈水减沙增的趋势,吴堡—龙门段整体表现为水多沙少,两河段河道冲淤量与水流含沙量变化同步。(3)府谷—吴堡段悬移质泥沙中值粒径呈增加趋势,河道冲刷变缓;吴堡—龙门段悬移质泥沙中值粒径呈减小趋势,加剧河道侵蚀。(4)府谷站入黄泥沙量增加,河道侵蚀力降低,河道冲刷变缓;吴堡站入黄泥沙量减少,河道侵蚀力增强,河道处于冲刷的状态。[结论]径流泥沙的变化在很大程度上影响了府谷—龙门段河道冲淤。在生态环境有所改善的背景下,研究该河段河道冲淤特征及动...     

固体废物处理厂地下水污染预测及控制模拟

[目的]以江苏省镇江市新区大港片区某固体废物处理厂为研究对象,对地下水污染情况进行模拟研究,为同类建设项目及企业的地下水污染预测和防治提供参考。[方法]通过系统分析该固体废物处理厂野外水位和水质观测数据以及水文地质条件等资料,利用Visual Modflow软件构建了地下水水流和溶质运移模型。[结果]对厂区污水处理站防渗破损后特征污染物CODMn和氨氮运移情况以及地表硬化污染控制措施对污染物的阻隔效果进行预测评价,数值模拟预测污染物的影响范围、超标范围和最大运移距离。预测时间20a后,污染物影响范围最大,运移距离最远,且CODMn影响范围较氨氮大,运移距离较远;地表硬化后,20a后污染羽未超出评价范围。[结论]污染物主要沿水流方向迁移,对水环境的影响随时间逐渐增大,污染物浓度随着迁移距离的增加而减小,不同污染物在地下水含水层中的溶质运移范围和迁移距离不同。地表硬化措施能有效控制污染物扩散。     

深松耕作和秸秆还田对农田土壤物理特性的影响

[目的]为了增加中国干旱半干旱地区农田土壤蓄水保墒能力。[方法]采用野外试验和室内分析相结合的方法研究了深松和深松结合秸秆还田耕作技术对晋中北部地区两种主要类型土壤物理特性的影响。[结果]深松可以打破土壤犁底层,显著降低黏土和壤土10—30cm土层范围内的土壤容重;调节土壤孔隙度,增加了黏土10—30cm土层范围内的土壤总孔隙度、毛管孔隙度和非毛管孔隙度,同时增加壤土10—30cm土层土壤总孔隙度、毛管孔隙度和20—30cm土层土壤非毛管孔隙度;改善黏土和壤土20—30cm土层土壤固、液、气3相状况;深松结合连年秸秆还田进一步优化了壤土耕层环境,同时显著降低了玉米拔节期土壤地表结皮的厚度和紧实度。[结论]深松结合连年秸秆还田和深松耕作技术可以缓解土壤板结状况,增加降雨入渗。     

泥石流堵塞主河试验特征与模式

[目的]分析泥石流入汇主河后对主河的影响以及泥石流堵塞主河的模式机理。[方法]通过泥石流堵河试验,同时对历史泥石流堵河案例进行调查研究和典型性深入剖析。[结果]根据泥石流运动过程与淤积形态得出泥石流堵河的3种模式分别为顶冲堰塞堵断模式、渗混堵塞溃决模式、束窄渐进式堵塞模式。对泥石流堵塞主河3种模式的运动与成灾机理进行了初步探索。[结论]顶冲堰塞堵断模式表现为龙头顶冲对岸、物源塞满主槽、脆弱区渗漏到主体垮塌的特征;渗混堵塞溃决模式表现为短时塞满主槽,水流渗混堵塞,流量加大的特征;束窄渐进式堵塞模式表现为主槽断面束窄、局部流量瞬时加大、渐进式局部堵塞的特征。当前的历史堵河事件以束窄渐进式堵塞为主,与试验统计结果吻合较好。     

黄土坡面的微生物矿化加固及抗侵蚀性能试验研究

[目的] 研究黄土坡面的微生物矿化加固及抗侵蚀性能,为该区域坡面土壤侵蚀的防治提供防治技术。[方法] 采用微生物矿化技术对黄土坡面进行加固,通过光学显微镜和扫描电子显微镜(SEM),从微观角度探究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)技术对黄土坡面矿化加固的作用机制,并结合室内人工模拟降雨测试分析了加固坡面的抗侵蚀性能。[结果] 采用微生物矿化技术固化黄土坡面,能够有效提高坡面的抗侵蚀性能;随着固化处理次数的增加,固化层厚度逐渐增加,坡面渗透性逐渐降低,坡面总产流量逐渐增加,从38.5 L/h增加到44.4 L/h,增加了15.6%,而坡面总产沙量逐渐减少,从480.64 g/h减少到17.1 g/h,减少了96.5%。固化处理7次及以上的坡面,经雨强为120 mm/h的降雨持续冲刷1 h,坡面均没有发生明显的土壤侵蚀,坡面径流量与径流含沙量几乎不随降雨历时的增加而变化,分别稳定在0.72～0.74 L/min和0.001～0.002 g/ml之间。固化处理次数达7次及以上时,固化处理次数对总产沙量有显著影响,随着固化处理次数的增加,总产沙量不断减小。[结论] MICP技术可为黄土丘陵沟壑区临时和永久边坡土壤侵蚀的防治,黄土坡面的加固提供新方法和新技术,具有较广阔的实际应用前景。     

不同条件下泥石流堰塞坝的溃决过程

[目的]对不同因素作用下的泥石流堰塞坝溃决过程进行试验研究,为泥石流堰塞坝的灾害防治和灾后重建等提供科学支撑。[方法]开展了不同来水流量、坝体形态、黏粒含量、坝高和初始含水量条件下的溃决试验。将漫顶溃决过程分为4个阶段:坡面侵蚀过程、陡坎侵蚀过程、下切和侧向侵蚀过程和衰退过程。此外,分析了泥石流堰塞坝坝体破坏机理,并给出下游坡面泥沙起动临界条件的计算式。[结果]溃决流量与来水流量之间呈非线性正相关;溃决洪峰流量随着背水坡坡度增加而增加;溃决洪峰流量随着坝高的增加而迅速增加,泥石流堰塞坝坝体黏粒含量与溃决洪峰流量之间整体呈现负相关;溃决洪峰流量随着土体初始含水量的增加而缓慢降低,但变化的范围不大。[结论]在泥石流堰塞坝溃决的不同因素中,坝高和黏粒含量影响最大,来水流量次之,背水坡度和初始含水量影响最小。     

关于中国水土流失研究中若干理论问题的新见解

[目的]探讨中国不同地区有关水土流失问题的根源,为水土保持研究提供理论依据,为青年学者提供学术研究的思路和方法。[方法]在大量的野外考察和学术交流基础上,利用各种形式的信息资料,重点从地质学角度分析有关水土保持问题。[结果]简要阐明了对5个水土流失问题的新认识:晋陕蒙接壤区砒砂岩与鄂尔多斯地台油气和铀矿藏的关系,优先流与黄土高原冲沟的形成和塬区地下水的来源,华南崩岗的侵蚀与治理,下伏亚黏土不透水层对东北黑土侵蚀的影响和西南喀斯特坡地土壤的地下漏失等。[结论]水土保持科学是密切结合生产实际的应用学科,应该首先服务国家生态文明建设的需求。研究工作者要善于发现问题,敢于质疑权威,综合运用多学科的知识解决问题。只有这样才能保证我们的学术研究沿着正确的方向不断进步。     

微生物固化风沙土的保水性能试验研究

[目的]研究微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)固化风沙土的性能,为MICP技术在固化风沙土以及恢复生态等方面提供理论依据。[方法]采用MICP技术对风沙土进行不同次数的固化处理,通过扫描电镜和光学显微镜对固化风沙土的微观结构进行分析,并测试分析固化试样的基本物理性质和保水性。[结果]通过MICP处理的风沙土,在风沙土颗粒之间有碳酸钙晶体生成,将沙土颗粒胶结在一起,使松散的风积沙固化成具有一定强度的整体;随着固化次数的增加,固化风沙土的厚度、干密度、碳酸钙含量逐渐增大,渗透系数逐渐减小,固化厚度由3.38 mm增加至11.28 mm,干密度由原沙的1.61 g/cm³增加至2.05 g/cm³,碳酸钙含量由8.99%增加至13.08%,渗透系数由原沙的1.06×10^-3 cm/s减少至2.35×10^-4 cm/s;当固化处理次数不大于5次时,保水率随固化处理次数的增加而增大,固化试样的保水性能有所改善,固化处理超过5次后,保水性能则有所下降。[结论]采用MICP技术固化的风沙土,可明显改善风沙土的干密度...     

生态防护技术对稀土矿山边坡的固坡效果

[目的]探讨以狗牙根系和竹格为主要材料组成的生态护坡模式对离子型稀土矿山原地浸矿采场边坡的固坡效果及加筋效应,为赣南地区稀土矿山采场边坡防治技术提供新的思路。[方法]使用狗牙根与稀土矿砂质黏土构成的根—土复合体为研究对象,通过直剪试验分析土壤含根量和含水率对抗剪强度的影响,采用二维有限元法分析"竹格+狗牙根"的生态护坡模式对边坡稳定性的增强作用,利用正交试验的直观分析法对竹桩间距、长度和直径支护参数进行优化。[结果]植物根系可以显著提升土壤的黏聚力,但对内摩擦角的影响较小。当含根量达到0.5%及以上时,根—土复合体的抗剪强度增幅呈下降趋势,即存在最优含根量。根系对25%含水率条件下的土体加筋效应最显著。该生态护坡模式能够显著增强边坡的稳定性,当竹桩长度取3 m,间距2.5 m,直径8 cm时,其防护效果最佳。[结论]狗牙根根系在不同含水率、不同含根量条件下其加筋效果存在差异,"竹格+狗牙根"的生态护坡模式能够有效防止边坡浅层土的滑移。     

模拟暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀的水动力学特征

[目的] 探究不同外掺料对暴雨条件下植被混凝土坡面侵蚀水动力学特征的影响,在降雨侵蚀方面为植被混凝土的配方改进提供科学依据。[方法] 通过室外模拟降雨试验,在60°坡度、3种雨强（60,90,120 mm/h）下研究4种外掺条件（无添加、聚丙烯酰胺、生物炭、棕榈纤维）的植被混凝土坡面侵蚀状况,并分析坡面水动力学参数与土壤侵蚀量之间的关系。[结果] 坡面雷诺数始终小于500,坡面流为层流;未添加外掺料的坡面弗劳德数始终小于1,坡面流为缓流,添加外掺料的坡面弗劳德数始终大于1,坡面流为急流。添加外掺料的坡面具有较大的坡面流速、水流功率,较小的水流剪切力、径流深度和阻力系数。添加生物炭的坡面土壤侵蚀量显著高于无添加坡面,添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维的坡面土壤侵蚀量显著低于无添加坡面。[结论] 外掺料对植被混凝土坡面水动力学参数影响显著。土壤侵蚀量与雷诺数、水流功率呈极显著正相关关系。添加聚丙烯酰胺和棕榈纤维能有效降低植被混凝土边坡土壤侵蚀量,可在高陡边坡生态恢复工作中进行应用。     

平原河网地区水土保持总体方案——以上海市为例

[目的]对平原河网地区水土保持总体方案进行研究,为完善该地区水土保持监管体系提供理论支持。[方法]以上海市为例,深入分析了全市的水土流失特点、水土保持监管工作现状和存在问题,采用数值模型等方法定性与定量相结合方法。[结果]上海市水土保持分区主要包括流失重点预防区(4大块以及细分出的10个部分)、重点治理区(骨干航道以及流速较大的河道)和易发区(水土流失重点预防区、重点治理区以及开发建设区域);提出了完善该市水土保持监管体系的初步设想以及近期需要开展的水土保持监管工作。[结论]上海市应以生态文明建设为契机,积极完善市级水土保持监管体系,推进水土保持工作进一步开展。     

密云水库上游不同土地利用方式下的土壤侵蚀特征

[目的]为了合理配置北京密云水库水土流失重点治理区的水土保持综合措施。[方法]基于石匣小流域坡面径流小区定位观测资料,分析了不同土地利用方式及水土保持措施的坡面土壤侵蚀特征。[结果](1)5种土地利用方式的土壤侵蚀量差异明显,与裸地相比较,耕地、人工草地、封禁荒草地和林地的减沙率达63.88%~99.63%;(2)梯田比坡耕地措施小区的土壤侵蚀量减少了95.62%,起到了显著的水土保持作用;(3)采用水平条和鱼鳞坑措施林地小区的减沙率分别为83.56%和96.53%,具有十分明显的减蚀作用;(4)与人工草地相比较,封禁荒草地的侵蚀产沙量减少了98.25%,可以有效地控制水土流失。[结论]增加地表植被覆盖,减少人为干扰以及合适地配置梯田、鱼鳞坑和水平条等水土保持工程措施具有良好的水土保持作用。