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Damage mechanism of soil-rock mixture after freeze-thaw cycles 被引量:21
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作者 ZHOU Zhong XING Kai +1 位作者 YANG Hao WANG Hao 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第1期13-24,共12页
As a widely distributed geological and engineering material,the soil-rock mixture always undergoes frequentative and short-term freeze-thaw cycles in some regions.Its internal structure is destroyed seriously,but the ... As a widely distributed geological and engineering material,the soil-rock mixture always undergoes frequentative and short-term freeze-thaw cycles in some regions.Its internal structure is destroyed seriously,but the damage mechanism is not clear.Based on the damage factor,the damage research of properties of soil-rock mixture after different times of freeze-thaw cycles is investigated.Firstly,the size-distributed subgrade gravelly soil samples are prepared and undergo different times of freeze-thaw cycles periodically(0,3,6,10),and indoor large-scale triaxial tests are completed.Secondly,the degradation degree of elastic modulus is considered as a damage factor,and applied to macro damage analysis of soil-rock mixture.Finally,the mesoscopic simulation of the experiments is achieved by PFC3D,and the influence on strength between soil-rock particles caused by freeze-thaw cycles is analyzed.The results show that freeze-thaw cycles cause internal damage of samples by weakening the strength between mesoscopic soil-rock particles,and ultimately affect the macro properties.After freeze-thaw cycles,on the macro-scale,elastic modulus and shear strength of soil-rock mixture both decrease,and the decreasing degree is related to the times of cycles with the mathmatical quadratic form;on the meso-scale,freeze-thaw cycles mainly cause the degradation of the strength between soil-rock particles whose properties are different significantly. 展开更多
关键词 soil-rock mixture freeze-thaw cycle large-scale triaxial test strength between soil-rock particles
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Freeze-thaw damage mechanism of elastic modulus of soil-rock mixtures at different confining pressures 被引量:15
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作者 ZHOU Zhong LIU Zhuang-zhuang +2 位作者 YANG Hao GAO Wen-yuan ZHANG Cheng-cheng 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2020年第2期554-565,共12页
As a frequently-used roadbed filler,soil-rock mixture is often in the environment of freeze-thaw cycles and different confining pressures.In order to study the freeze-thaw damage mechanism of elastic modulus of soil-r... As a frequently-used roadbed filler,soil-rock mixture is often in the environment of freeze-thaw cycles and different confining pressures.In order to study the freeze-thaw damage mechanism of elastic modulus of soil-rock mixtures at different confining pressures,the concept of meso-interfacial freeze-thaw damage coefficient is put forward and the meso-interfacial damage phenomenon of soil-rock mixtures caused by the freeze-thaw cycle environment is concerned;a double-inclusion embedded model for elastic modulus of soil-rock mixtures in freezing-thawing cycle is proposed.A large triaxial test was performed and the influences of confining pressure and experimental factors on elastic modulus of soil-rock mixtures were obtained,and then the accuracy of the double-inclusion embedded model to predict the elastic modulus of soil-rock mixtures in freezing-thawing cycle is verified.Experiment results showed that as to soil-rock mixtures,with the increase of confining pressure,the elastic modulus increases approximately linearly.The most crucial factors to affect the elastic modulus are rock content and compaction degree at the same confining pressure;the elastic modulus increases with the increase of rock content and compactness;as the number of freeze-thaw cycles increases,the freeze-thaw damage coefficient of meso-structural interface and the elastic modulus decrease. 展开更多
关键词 soil-rock mixtures confining pressure freeze-thaw cycle elastic modulus damage coefficient
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Physical simulation test of soil-rock mixture from synthetic transparent soil 被引量:10
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作者 DING Xiao-hua ZHOU Wei +1 位作者 LU Xiang GAO Yan 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第12期3085-3097,共13页
The waste dump of open-pit coal mine is remade of soil-rock mixture under the action of gravity,dynamic load of transportation equipment and earthquake,etc.By using artificial synthetic transparent soil,the developing... The waste dump of open-pit coal mine is remade of soil-rock mixture under the action of gravity,dynamic load of transportation equipment and earthquake,etc.By using artificial synthetic transparent soil,the developing process and migration law for soil-rock mixture are observed in the remade process.The mixture of fused quartz sand,liquid paraffin and n-tridecane is chosen as the material for synthetic transparent soil which is mixed with liquid paraffin and n-tridecane at a mass ratio of4.4at room temperature of17℃.Physical and mechanical properties of transparent soil are determined by physical test and compared with those in natural sandy soil.The results show that transparent soil and sandy soil have high similarity,in other words,transparent soil can be used for similar simulation experiments of soil-rock mixture. 展开更多
关键词 transparent soil waste dump soil-rock mixture physical test
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Generation of 3D random meso-structure of soil-rock mixture and its meso-structural mechanics based on numerical tests 被引量:4
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作者 徐文杰 张海洋 +1 位作者 介玉新 于玉贞 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第2期619-630,共12页
The mesoscopic failure mechanism and the macro-mechanical characteristics of soil-rock mixture(S-RM) under external load are largely controlled by S-RM's meso-structural features. The objective of this work is to ... The mesoscopic failure mechanism and the macro-mechanical characteristics of soil-rock mixture(S-RM) under external load are largely controlled by S-RM's meso-structural features. The objective of this work is to improve the three-dimensional technology for the generation of the random meso-structural models of S-RM, for randomly generating irregular rock blocks in S-RM with different shapes, sizes, and distributions according to the characteristics of the rock blocks' size distribution. Based on the new improved technology, a software system named as R-SRM3 D for generation and visualization of S-RM is developed. Using R-SRM3 D, a three-dimensional meso-structural model of S-RM is generated and used to study the meso-mechanical behavior through a series of true-triaxial numerical tests. From the numerical tests, the following conclusions are obtained. The meso-stress field of S-RM is influenced by the distribution of the internal rock blocks, and the macro-mechanical characteristics of S-RM are anisotropic in 3D; the intermediate principal stress and the soil-rock interface properties have significant influence on the macro strength of S-RM. 展开更多
关键词 soil-rock mixture(S-RM) three dimensional meso-structure meso-structural mechanics(M-SM) true-triaxial numerical test random simulation
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Numerical analysis of soil-rock mixture's meso-mechanics based on biaxial test 被引量:3
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作者 张海洋 徐文杰 于玉贞 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第3期685-700,共16页
Soil-rock mixture(S-RM)is a widely distributed geotechnical medium composed of "soil" and "rock block" different both in size and strength. Internal rock blocks form special and variable meso-struc... Soil-rock mixture(S-RM)is a widely distributed geotechnical medium composed of "soil" and "rock block" different both in size and strength. Internal rock blocks form special and variable meso-structural characteristics of S-RM. The objective of this work was to study the control mechanism of meso-structural characteristics on mechanical properties of S-RM. For S-RM containing randomly generated polygonal rock blocks, a series of biaxial tests based on DEM were conducted. On the basis of research on the effects of rock blocks' breakability and sample lateral boundary type(rigid, flexible) on macroscopic mechanical behavior of S-RM, an expanded Mohr-Coulomb criterion in power function form was proposed to represent the strength envelop. At the mesoscopic level, the variations of meso-structure such as rotation of rock block, and the formation mechanism and evolution process of the shear band during tests were investigated. The results show that for S-RM with a high content of rock block, translation, rotating and breakage of rock blocks have crucial effects on mechanical behavior of S-RM. The formation and location of the shear band inside S-RM sample are also controlled by breakability and arrangement of rock blocks. 展开更多
关键词 soil-rock mixture (S-RM) meso-structural mechanics (MSM) discrete element method (DEM) rock block breakability lateral boundary type shear band
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基于气-振耦合流化作用的巴西果效应加固土石混合体地基试验研究
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作者 杜广印 王宇虓 +2 位作者 马涛 刘松玉 翟士杰 《土木工程学报》 北大核心 2025年第11期128-139,共12页
文章提出一种基于气-振耦合流化作用的土石混合体地基处理的理念,试验证实在土石混合体中气-振耦合流化作用下激发的巴西果效应(BNE)的存在性,验证BNE实现地基结构优化与承载力提升。针对高含石量地基贯入阻力大、离散性强、湿陷性大等... 文章提出一种基于气-振耦合流化作用的土石混合体地基处理的理念,试验证实在土石混合体中气-振耦合流化作用下激发的巴西果效应(BNE)的存在性,验证BNE实现地基结构优化与承载力提升。针对高含石量地基贯入阻力大、离散性强、湿陷性大等难题,研发气-振协同设备,实现对地基土高效能量输入。通过霍尔果斯试验场对比研究发现:气-振耦合作用显著强化了颗粒分选效率,浅层粗粒含量由原状态的16.7%~31.5%提升至63.2%~50.1%,较单纯振动工况高出约10%;颗粒分选遵循粗粒积聚于上部,细粒沉积于下部的规律,但中层(3~4m)出现独特的“反向填充”现象;处理后地基承载力特征值由114kPa提升至340kPa,变形模量由7MPa增至23MPa,附加湿陷量由102.75mm降至5.82mm;气-振协同作用通过“扰动、迁移、分选、稳定”的动态演化过程,形成“粗粒互锁-细粒密填”的双层架构。研究拓展了颗粒物理学在岩土工程中的应用边界。 展开更多
关键词 土石混合体 气-振耦合 流化 巴西果效应 双层架构
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土石混合体-基岩接触面剪切的基覆面形态效应
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作者 侯克鹏 江帆 +1 位作者 张超 龚晶汉 《岩土力学》 北大核心 2025年第S1期271-284,共14页
土石混合体-基岩接触面是下伏基岩堆积体边坡稳定性的主要控制面,基覆面形态特征是重要的设计内容。为此,开展了不同基覆面形态参数条件下接触面室内大型直剪试验,研究了基覆面形态参数对接触面剪切力学特性的影响,探讨了接触面土石颗... 土石混合体-基岩接触面是下伏基岩堆积体边坡稳定性的主要控制面,基覆面形态特征是重要的设计内容。为此,开展了不同基覆面形态参数条件下接触面室内大型直剪试验,研究了基覆面形态参数对接触面剪切力学特性的影响,探讨了接触面土石颗粒运动概化模式,建立了接触面剪切简化的复合幂-指数模型(composite power exponential model,CPE模型)。结果表明:随着粗糙度的增加,接触面抗剪强度不断增大,表观内摩擦角和表观黏聚力分别呈非线性上凸增长和似线性增长趋势,随着锯齿高度的增加,接触面抗剪强度先增大后减小,增加锯齿高度对表观黏聚力的影响较为明显;接触面剪应力-剪切相对位移关系曲线基本呈弱硬化型,土石颗粒骨架密实度随粗糙度的增大而减小,但随锯齿高度的增大呈先增大后减小,接触面土石颗粒运动主要表现为咬合、翻转和滑移,较高法向应力时会发生颗粒破碎和基岩尖端剪切破坏;模型参数k、b和n与无量纲化法向应力σ_(n)/Pa存在线性关系(σ_(n)为法向应力,P_(a)为标准大气压),拟合系数α_(i)(i=1,2)不受基覆面形态参数的影响,拟合系数βi和i分别与粗糙度R和锯齿高度D存在线性关系;简化CPE模型能够很好地模拟出不同基覆面形态参数条件下土石混合体-基岩接触面剪切变形全过程,模型适用性良好,参数的确定方法合理且可行。 展开更多
关键词 土石混合体 基岩界面 形态参数 剪切特性 本构模型
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陕北黄土覆盖区煤层上覆岩系层状结构对开采区土壤损伤效应研究 被引量:4
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作者 王双明 宋世杰 +5 位作者 魏江波 刘浪 牛瑞琳 李源红 谈庆钰 田雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第1期23-42,共20页
煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质... 煤炭开采区生态保护是黄河流域高质量发展亟需破解的重大难题。科学认识煤层上覆岩层对煤炭开采采动损害向地表传递的响应规律是实现煤矿区生态环境全生命周期保护的重大需求。以陕北黄土覆盖区煤炭开采区为研究对象,综合运用野外地质调查、采样测试、数值模拟、室内实验和理论计算方法,针对覆岩层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置等层状结构对地下采煤的“响应-传递”特点,研究了相同采矿条件下煤层覆岩层状结构对采动覆岩应力场的影响规律,揭示了不同煤层覆岩层状结构下土壤物理、化学、微生物、侵蚀四大特性的损伤特征及煤炭开采区土壤物理、化学、微生物特性变化对侵蚀特性的作用机制。结果表明:①相同或相近的采矿条件下,采煤沉陷区地表生态损害结果的迥异主要取决于煤层上覆岩(土)层对地下采煤活动的应力应变响应、由下向上的传递及土壤损害特点。在覆岩层状结构与采动应力传递的耦合下,煤层覆岩自下而上形成了垂向强力链塑性变形区(VCP)、水平强力链弹塑性变形区(HCEP)、水平强力链弹性变形区(HCE)的采动损害特征。其中,煤层覆岩下部的互层结构及特征对塑性变形区界面高度具有重要影响。煤层上覆岩(土)层和地表土层(壤)均是地下采煤活动及其损害作用的响应载体。岩层层数、层厚、岩性、厚硬岩层与煤层的空间位置及地表变形等是影响土壤损害类型及特点的重要地质因素。②厚砂岩在覆岩中的位置是地下“VCP-HCEP”界面、“HCEP-HCE”界面发育高度和地表形变程度的第一主控因素,决定了“两界面”的发育位置和地表变形的程度,高位厚砂岩对“两界面”发育和地表形变具有较明显的抑制作用;砂层系数作为第二主控因素,在既定厚砂岩位置且砂层系数小于73%条件下与“两界面”发育和地表形变均呈正相关关系;③基于两大主控因素划分了4个覆岩层状结构基本类型,从“地下覆岩层状结构基本类型+地表形态变化程度+地表采动损害形式+土壤质量特性指标”耦合的角度,发现“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对地表土壤损害效应最为显著,其中沉陷坡面土壤物理、化学、微生物特性指标的损伤均集中在坡顶、坡中部位,降幅介于11.81%~42.01%(p<0.05);采动地裂缝是沉陷坡面土壤损伤的主要原因;④“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”类型对坡面土壤可蚀性K值的放大效应最为明显,平均增幅为26.38%(p<0.05),其中坡顶部位土壤可蚀性K值平均增幅最大,为37.98%(p<0.05);沉陷坡面同一部位裂缝区土壤可蚀性K值平均增幅较非裂缝区高出92.28%(p<0.05);黄土沉陷坡面可蚀性K值与土壤孔隙度呈极显著正相关关系(p<0.01),与土壤含水率、黏粒质量分数、有机质质量分数、速效养分质量分数、土壤微生物数量及酶活性呈极显著负相关关系(p<0.01)。因此,“低位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区是陕北黄土沟壑煤炭开采区生态损害的关键区域,应采取充填减沉、土壤改良等人工措施进行保护与修复,对于“低位厚砂岩+砂层系数小于73%”和“高位厚砂岩+砂层系数大于73%”的覆岩层状结构类型区可采取人工辅助的生态修复方式,对于“高位厚砂岩+砂层系数小于73%”的覆岩层状结构类型区则可采取自然恢复方式进行生态修复。 展开更多
关键词 覆岩层状结构 响应传递 土壤 损伤效应 陕北矿区
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浅埋岩软土刚性桩复合地基桩土应力比试验研究
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作者 任佳丽 江洎洧 +2 位作者 胡胜刚 陈航 叶晨珲 《长江科学院院报》 北大核心 2025年第7期207-213,共7页
桩土应力比是浅埋岩软土地基中刚性桩复合地基设计的关键参数,但其取值规律及影响因素尚不明确。依托某混凝土闸坝工程,通过室内物理模型试验,系统研究单桩复合地基的承载特性与桩土应力比,分析垫层类型、桩受力情况、桩距及桩端持力层... 桩土应力比是浅埋岩软土地基中刚性桩复合地基设计的关键参数,但其取值规律及影响因素尚不明确。依托某混凝土闸坝工程,通过室内物理模型试验,系统研究单桩复合地基的承载特性与桩土应力比,分析垫层类型、桩受力情况、桩距及桩端持力层等因素的影响,获取桩土应力比随荷载变化规律及承载力对应的桩土应力比。结果表明:随荷载增加,摩擦桩桩土应力比先增后减,端承桩桩土应力比基本持续增大;水泥土垫层可显著提高复合地基承载力与桩土应力比,其最大桩土应力比约为砂砾石垫层的2倍;桩端持力层强度与桩间距对桩土应力比影响显著,可通过增大桩间距、调整桩端持力层来优化方案;端承桩复合地基在水泥土垫层下的承载力与砂砾石垫层接近,但桩土应力比更高,可采用复合嵌入式褥垫层以兼顾防渗与应力调节需求。研究成果可为浅埋岩软土刚性桩复合地基优化设计提供理论依据。 展开更多
关键词 刚性桩复合地基 桩土应力比 浅埋岩 软土 承载特性
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碎石土高陡填方边坡冻融特性离心试验研究
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作者 翁效林 党博涵 +1 位作者 杨连祥 胡继波 《建筑科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期188-198,共11页
以涞源国家跳台滑雪训练基地项目为背景,研究冻融作用对于碎石土高陡填方边坡的影响。采用离心模型试验方法分析了冻融作用下边坡不同位置的温度、孔隙水压力以及坡顶竖向位移等参数的变化规律,研究了冻融作用下碎石土高陡填方边坡的响... 以涞源国家跳台滑雪训练基地项目为背景,研究冻融作用对于碎石土高陡填方边坡的影响。采用离心模型试验方法分析了冻融作用下边坡不同位置的温度、孔隙水压力以及坡顶竖向位移等参数的变化规律,研究了冻融作用下碎石土高陡填方边坡的响应,并讨论了碎石土填料级配对边坡物理性质的影响,进而得到冻融作用下碎石土高陡填方边坡填料的最优级配。结果表明:不同埋深处的碎石土温度变化趋势基本一致,但温度变化速率随埋深增大而降低,坡面处的冻结速率和融沉速率显著高于坡脚与坡顶;冻融过程中碎石土的温度、孔隙水压力均表现出“快速下降-缓慢下降-快速升高-缓慢升高”的变化规律,温度变化最大处位于坡面,孔隙水压力变化最复杂处位于坡脚;坡顶竖向位移呈现“快速冻胀-缓慢冻胀-快速融沉-缓慢融沉”的变化规律,最大竖向位移发生在坡顶中线附近;碎石土填料中的粗颗粒含量对冻融过程中孔隙水压力的变化有显著影响,粗颗粒含量越多,孔隙水压力变化幅度越小;适当减少碎石土填料中细颗粒成分的占比,增大中粗颗粒的含量,使细、中、粗颗粒含量比约为6∶3∶1时,可提高冻融作用下坡脚处的最低温度,降低坡脚处的初始孔隙水压力,减少坡顶处的冻胀融沉和边坡整体变形。 展开更多
关键词 冻融作用 高陡填方边坡 土石混合体填料 离心试验
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露天煤矿岩土层重构的发展过程、原理与适配技术 被引量:1
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作者 胡振琪 张子璇 孙煌 《煤炭学报》 北大核心 2025年第7期3338-3351,共14页
岩土层是生态环境的基础,露天开采彻底破坏了煤层上覆原始岩土层系统并严重影响生态环境,露天矿的生态修复是对岩土层全新的人工重构过程,岩土层重构是矿山生态系统功能恢复与提升的关键。在揭示露天煤矿岩土层重构发展演变过程的基础上... 岩土层是生态环境的基础,露天开采彻底破坏了煤层上覆原始岩土层系统并严重影响生态环境,露天矿的生态修复是对岩土层全新的人工重构过程,岩土层重构是矿山生态系统功能恢复与提升的关键。在揭示露天煤矿岩土层重构发展演变过程的基础上,革新岩土层重构原理与方法,并探究重构岩土层剖面中关键层的适配性重构技术,以期为露天煤矿生态修复提供基础理论与关键技术支撑。系统梳理了露天煤矿开采对原始岩土层系统(地层)的破坏及其环境影响机制,阐明了岩土层与土壤重构、地球关键带和地球圈层系统的关系,定义了岩土层重构概念和内涵,明确了岩土层重构是对包括土壤层和岩石层整个岩土层系统功能的重建。认为广义的土壤重构与岩土层重构是一致的,狭义的土壤重构专指土壤层的重构。将露天煤矿岩土层重构研究的发展归纳为4个发展阶段,阐明了岩土层重构从1.0到4.0各发展阶段的背景、特征和研究重点,揭示了人们对岩土层功能认知不断提升、矿山修复技术不断完善的演变过程,同时得到了矿山土壤改良与重构工程在经济投入上呈显著负相关的关键结论。依据生物生态位原理和地质成土理论,创新性提出了岩土层“生态位”与“关键层”新理念与新认知,提出了露天煤矿岩土层重构的两大原理及其实施方法。“生态位原理”就是依据分层生态位特性的定量分析,尤其是生态位适宜度和竞争重叠性,确定各自的位置和相互关系,解决了是否层次合并、分几层和空间关系,形成基础剖面构型;“关键层重构”原理就是通过生态功能分析和提升措施实现关键层识别与功能提升,达到关键层功能最优和岩土层剖面构型最佳。基于上述原理与方法,以我国东部草原区露天煤矿生态修复为例,详细介绍了适宜于地质环境和气候等条件的适配性关键层重构技术,明确了重构剖面构型优化和表土关键层重构的具体方法,取得显著的实际效果。 展开更多
关键词 矿山复垦 露天矿 岩土层重构 土壤重构 生态位 关键层 地层
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钙质紫色泥岩对酸性紫色土的改良效果研究
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作者 陈晶晶 郭心怡 +3 位作者 李忠意 于俊峰 吴文春 周佳 《土壤学报》 北大核心 2025年第3期766-778,共13页
大面积的紫色土存在酸化问题,而钙质紫色泥岩具有高pH、矿物组成丰富和低重金属含量特征,理论上可用于就近改良酸性紫色土。本研究通过80天的室内培养试验,探究了侏罗系沙溪庙组(J_(2)s)和侏罗系遂宁组(J_(3)sn)两种钙质紫色泥岩对酸性... 大面积的紫色土存在酸化问题,而钙质紫色泥岩具有高pH、矿物组成丰富和低重金属含量特征,理论上可用于就近改良酸性紫色土。本研究通过80天的室内培养试验,探究了侏罗系沙溪庙组(J_(2)s)和侏罗系遂宁组(J_(3)sn)两种钙质紫色泥岩对酸性紫色土的改良效果。结果表明,两种紫色泥岩对酸性紫色土均有较好的改良效果,降低了土壤酸度,增加了土壤钾素含量及其生物有效性,钝化了土壤中的重金属。相比于J_(2)s泥岩,J_(3)sn泥岩由于钙质含量更为丰富等原因,对酸性紫色土的整体改良效果更佳。(1)J_(2)s泥岩在2%、5%和10%的添加量下,酸性紫色土的pH由空白处理的4.73分别提高至4.93、5.30、6.27,土壤交换性酸由空白处理的2.84 cmol·kg^(-1)分别降低至2.79、1.40、0.70 cmol·kg^(-1);J_(3)sn泥岩在2%、5%和10%的添加量下,酸性紫色土的pH分别提高至7.20、7.87、8.00,土壤pH已提高至中性至碱性范围,土壤中已无交换性H+和Al^(3+)。添加钙质泥岩还增加了土壤交换性Ca2+含量、有效阳离子交换量和盐基饱和度。(2)土壤的速效钾、缓效钾和全钾含量整体表现出随着两种钙质泥岩用量的增加而增加。培养80天后,添加2%、5%和10%的J_(3)sn泥岩培养后的土壤有效态钾占全钾的比例从1.58%提高至1.91%、2.01%和2.24%,添加J_(2)s泥岩后的土壤有效态钾占比随用量的增加分别升至1.76%、1.88%和2.08%。(3)添加紫色泥岩后,土壤中Cu、Zn、Ni、Pb、Cd 5种重金属的全量含量无显著增加,但有效态重金属含量及其占全量的比例均显著降低。在相同用量条件下,J_(3)sn泥岩对酸性紫色土中的重金属钝化效果优于J_(2)s泥岩。鉴于钙质紫色泥岩在紫色母岩出露区域具有价廉易得、破碎容易和施用方便的特点,可以低成本和高用量地就近改良酸性紫色土。建议在田间条件下改良酸性紫色土,高钙质含量的J_(3)sn泥岩每亩施用量1~3吨,钙质含量稍低的J_(2)s泥岩每亩施用量5~8吨为宜。 展开更多
关键词 土壤酸化 紫色土 钙质紫色泥岩 重金属
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陕北采煤沉陷区覆岩层状结构对凹形黄土坡面形态的影响及土壤侵蚀效应 被引量:2
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作者 宋世杰 张家杰 +5 位作者 王双明 柳青 程霞 牛瑞琳 白莉 郭利鹏 《金属矿山》 北大核心 2025年第5期174-184,共11页
采煤沉陷区的水土流失防治已经成为黄河中游生态保护与高质量发展亟需重点突破的关键问题。覆岩层状结构作为煤炭地质赋存的重要特征和地下采动效应自下而上传递的载体,在相同采矿条件下控制着采动后地表的基本形态,进而深刻影响着采煤... 采煤沉陷区的水土流失防治已经成为黄河中游生态保护与高质量发展亟需重点突破的关键问题。覆岩层状结构作为煤炭地质赋存的重要特征和地下采动效应自下而上传递的载体,在相同采矿条件下控制着采动后地表的基本形态,进而深刻影响着采煤沉陷区的土壤侵蚀效应及变化规律。以陕北黄土沟壑区2-2主采煤层地质赋存特征为原型,以砂层系数(60%、67%、71%、75%、83%、88%)、砂泥比(6∶4、7∶3、8∶2)2个覆岩层状结构关键特征及采厚(3 m、5 m)为变量,共构建了36个不同类型的数值模型;基于FLAC^(3D)数值模拟软件,研究了不同覆岩层状结构类型下采煤沉陷区25°凹形黄土坡面的形变特征和规律,分别采用中国水土流失方程(CSLE模型)和区域经验模型,计算与分析了凹形黄土沉陷坡面的土壤侵蚀效应。结果表明:①在既定采厚且任意砂泥比条件下,凹形黄土沉陷坡面坡度的增幅随砂层系数的增加均增大,当砂层系数超过71%时,会消除不同采厚对凹形黄土沉陷坡面形态变化的影响差异,当超过75%时则基本丧失对凹形黄土沉陷坡面形态变化的影响;②无论是年侵蚀降雨尺度(M1)还是典型场次侵蚀降雨尺度(M2)下,凹形黄土沉陷坡面土壤侵蚀模数的增幅均会随砂层系数的增加而增大,并存在迅速增大、趋于稳定的两段式变化过程,M1增幅为4.18%~5.39%,M2增幅为6.71%~8.05%,当砂层系数超过75%时,基本丧失对凹形黄土沉陷坡面不同尺度土壤侵蚀模数变化的影响;③在既定砂层系数条件下,砂泥比≤60%对应的M1和M2增幅明显高于砂泥比>60%;④砂层系数是影响凹形黄土沉陷坡面土壤侵蚀变化的首要覆岩层状结构特征,可作为陕北采煤沉陷区坡面尺度水土流失效应“地下超前防控”的重要地质依据。对于“砂层系数≤75%”的采煤沉陷区,可以通过控制地下采厚的方式实现坡面尺度水土流失效应的超前防控;对于“砂层系数>75%”的采煤沉陷区,地表坡面土壤侵蚀的加剧程度已不再对地下采厚敏感,以致在满足区域土壤侵蚀强度总体控制目标的前提下,还存在增大采厚、提高采煤效率的空间。 展开更多
关键词 采煤沉陷 覆岩层状结构 砂层系数 土壤侵蚀 黄河中游
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北京山区森林生态系统水源涵养功能沿海拔梯度的空间变异 被引量:4
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作者 张祯尧 陈思瑾 +2 位作者 张振明 余新晓 夏兵 《生态学报》 北大核心 2025年第3期1239-1250,共12页
水源涵养是森林生态系统服务功能的重要组成部分。对北京鹫峰国家森林公园150-1150m海拔范围内10个海拔梯度上坡面主要水文过程进行了研究,发现水源涵养量随海拔升高呈“降-升-降”的变化规律,在海拔450m处最小(55mm),海拔750m处达到最... 水源涵养是森林生态系统服务功能的重要组成部分。对北京鹫峰国家森林公园150-1150m海拔范围内10个海拔梯度上坡面主要水文过程进行了研究,发现水源涵养量随海拔升高呈“降-升-降”的变化规律,在海拔450m处最小(55mm),海拔750m处达到最大值(130mm)。水源涵养量在150-450m海拔范围内下降的主要原因是以蒸散为主要形式的水分输出在这一海拔区间随海拔升高递增,蒸散量占降水量的80%,在750-1150m海拔范围内下降的主要原因是降水输入随海拔升高递减。研究区土壤砾石含量高、降雨集中的特点,有利于强降水最大限度发生下渗,土壤水深层渗漏量超过降水量的20%。水分大量下渗有利于补充地下水、降低强降水引发土壤侵蚀的风险,但土壤砾石含量过高保水性太差使得水分大量下渗会造成土壤水分亏缺(-1.61%/a)。以海拔变化表征华北地区气候暖干化趋势发现,未来该区森林生态系统的水源涵养功能有减弱的可能,水资源短缺造成的生态压力或将进一步提升。 展开更多
关键词 海拔梯度 水量平衡 生态系统服务 水源涵养 土石山区
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堤坝水泥土桩防渗墙渗透系数的概率分布类型研究
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作者 何金文 张诗瑶 +1 位作者 潘春玲 胡世燃 《三峡大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期36-42,共7页
在堤坝渗流破坏的风险评价和可靠度分析中,确定渗透系数的概率分布类型非常必要.基于15座堤防和土石坝水泥土桩防渗墙渗透系数的检测数据,根据K-S检验判别可通过的概率分布类型、误差平方和最小识别最优概率分布类型、Bootstrap方法模拟... 在堤坝渗流破坏的风险评价和可靠度分析中,确定渗透系数的概率分布类型非常必要.基于15座堤防和土石坝水泥土桩防渗墙渗透系数的检测数据,根据K-S检验判别可通过的概率分布类型、误差平方和最小识别最优概率分布类型、Bootstrap方法模拟K-S检验及最优概率分布类型识别结果的统计不确定性.结果显示:2座水库根据K-S检验最大偏差最小与根据误差平方和最小确定的水泥土桩渗透系数最优概率分布类型不一致;15个工程中威布尔分布被识别为水泥土桩渗透系数最优概率分布类型的有14个,对数正态最优仅1个;水泥土桩渗透系数的概率分布类型取对数正态与威布尔分布的累积分布函数差值随变异系数的增大而增大,变异系数为0.75时最大差值达0.088.当备选概型为截尾正态、对数正态、截尾极值Ⅰ型和威布尔分布时,堤坝水泥土桩防渗墙渗透系数的优势最优概型为威布尔分布.研究结果可为堤坝水泥土桩防渗工程的渗流破坏可靠度计算提供概率分布类型. 展开更多
关键词 堤防 土石坝 水泥土桩 渗透系数 概率分布类型 统计不确定性
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干湿循环作用下土-岩接触面剪切力学特性劣化规律试验研究 被引量:1
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作者 黄小芸 邓华锋 +3 位作者 李建林 李冠野 叶晨晖 朱文羲 《工程地质学报》 北大核心 2025年第2期416-425,共10页
在库水位周期性升降变化作用下,库岸边坡消落带岩土体处于干湿循环状态,堆积体-基岩接触面的剪切力学性能劣化是影响堆积体库岸边坡变形破坏的关键,设计了土-岩接触面干湿循环作用试验。土-岩接触面剪切应力-剪切位移曲线可分为弹性阶... 在库水位周期性升降变化作用下,库岸边坡消落带岩土体处于干湿循环状态,堆积体-基岩接触面的剪切力学性能劣化是影响堆积体库岸边坡变形破坏的关键,设计了土-岩接触面干湿循环作用试验。土-岩接触面剪切应力-剪切位移曲线可分为弹性阶段、屈服阶段与塑性阶段,无明显峰值,表现出轻微的塑性硬化现象;干湿循环作用下土-岩接触面抗剪强度逐渐降低,总体呈先陡后缓的非均匀劣化趋势,12个干湿循环作用周期后,黏聚力和内摩擦角分别降低了37.45%、22.12%,比较而言,黏聚力劣化幅度大于内摩擦角,前5次干湿循环作用导致的土-岩接触面抗剪强度劣化幅度约占总劣化幅度的80%。干湿循环作用下土体和岩体强度劣化,基岩面粗糙度降低,以及土-岩接触面贴合程度降低,是导致土-岩接触面抗剪性能劣化的主要原因。 展开更多
关键词 土-岩接触面 干湿循环 抗剪强度 剪切特性 劣化机理
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块石尺寸对土石混合体水力侵蚀分异的影响
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作者 杨忠平 高宇豪 +3 位作者 李诗琪 李红明 张顺波 刘浩宇 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第6期2610-2621,共12页
暴雨或河流引起的水力侵蚀是土石混合堆积体斜坡失稳破坏的主要诱因。堆积体由于其内部土石结构复杂性,易在水动力作用下产生侵蚀分异,导致斜坡失稳。为研究其内部土石结构侵蚀分异和细颗粒运移流失机理,采用自主研发的渗透侵蚀试验装... 暴雨或河流引起的水力侵蚀是土石混合堆积体斜坡失稳破坏的主要诱因。堆积体由于其内部土石结构复杂性,易在水动力作用下产生侵蚀分异,导致斜坡失稳。为研究其内部土石结构侵蚀分异和细颗粒运移流失机理,采用自主研发的渗透侵蚀试验装置和缩尺试验,探究块石尺寸(15、20、25、30 mm)和水力梯度(1、2、4、8)对土石混合体渗透特性影响规律,分析了侵蚀分异的机理。结果表明:土石混合体渗透侵蚀可分为剧烈侵蚀阶段、缓慢侵蚀阶段和稳定渗流阶段3个阶段,各阶段持续时长受块石尺寸和水力梯度控制。低水力梯度下(i<4)块石缓慢崩解,试样渗透系数波动;高水力梯度下(i≥4)块石更早到达崩解极限,试样渗透系数稳定但侵蚀量增大。渗透系数和侵蚀量随块石尺寸的变化呈现正负尺寸效应,考虑不同水力条件,当最大块石尺寸达到20 mm时土石混合体防渗性能达到最优,此时块石间隙为稳定的土石满填结构。土石运移速率差导致土体颗粒与块石侵蚀分异,小块石(D_(max)≤20 mm)与土体颗粒填充结构紧密,土石结构作为整体一同运移。当块石尺寸增大(D_(max)>20 mm)时,小土体颗粒多以松散形式堆积于骨架孔隙内,大块石周边土体更容易侵蚀运移,导致局部侵蚀分异。研究结果可为水力侵蚀引发斜坡灾害的防治提供参考。 展开更多
关键词 渗流侵蚀 土-红层软岩 块石尺寸 颗粒运移 骨架重组
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核磁共振作用下微生物矿化风沙土材料的微观孔隙
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作者 高瑜 邢家伟 +2 位作者 王晓荣 韩红伟 樊促遥 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第5期2066-2073,共8页
为探究微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)技术矿化改良风沙土材料的耐久性,采用0.08%高分子吸水树脂(MICP+A)和0.37%黄原胶(MICP+B)对传统MICP材料改良。通过核磁共振技术对不同周期的高低温循环... 为探究微生物诱导碳酸钙沉淀(microbially induced calcite precipitation,MICP)技术矿化改良风沙土材料的耐久性,采用0.08%高分子吸水树脂(MICP+A)和0.37%黄原胶(MICP+B)对传统MICP材料改良。通过核磁共振技术对不同周期的高低温循环和紫外照射两种环境下的微观结构进行研究,考察矿化风沙土材料的耐久性。结果表明,MICP+A材料和MICP+B材料孔隙度均随循环周期的增加而上升;在20个周期的高低温循环试验和15个周期的紫外线照射试验,MICP+A材料均表现出良好的耐久性,与传统MICP材料相比孔隙度增量分别下降约1.8倍和1.1倍;在高低温循环和紫外线照射下,碳酸钙晶体结构发生改变,土体的中等粒径孔隙占比增加,使3种材料的T_2谱第2个峰均高于试验前的峰值。试验表明高分子吸水树脂能够提高传统MICP试件的耐久性能,此研究为微生物矿化岩土材料在沙漠地区治理的工程应用提供基础实验依据。 展开更多
关键词 生物岩土 微生物矿化风沙土材料 MICP 核磁共振实验 高低温循环 紫外照射试验
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黏性土石混合体力学特性及破裂形态影响因素研究 被引量:1
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作者 蒋亚龙 汤新 +4 位作者 朱碧堂 孙洋 俞俊平 胡逸凡 卢海峰 《东南大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第1期161-170,共10页
为研究断层破碎带宏观力学效应及破裂形态的影响因素,以膨润土-水泥为骨料,配以拌和水,制备基质浆体,与块石混合制备黏性土石混合体,开展尺寸为500 mm×1000 mm的大型三轴压缩试验。研究结果表明,黏性土石混合体试样在各围压下均呈... 为研究断层破碎带宏观力学效应及破裂形态的影响因素,以膨润土-水泥为骨料,配以拌和水,制备基质浆体,与块石混合制备黏性土石混合体,开展尺寸为500 mm×1000 mm的大型三轴压缩试验。研究结果表明,黏性土石混合体试样在各围压下均呈现出应变硬化特征,初始切线模量和峰值强度随着围压增加而逐渐增大。当块石体积含量P_(BV)≥0.4时,块石极易出现破碎现象,导致土石混合体的内摩擦角减小。块石倾角对试样强度的影响与含石量相关,P_(BV)=0.2时,0°倾角试样偏应力最小;P_(BV)=0.6时,60°倾角试样偏应力最小。较高围压条件下,不同倾角的块石旋转、移动呈现差异性,进而出现不同的破裂形态。研究成果揭示了断层破碎带的力学特性及破裂机制,为穿越断层破碎带的隧道稳定性控制提供了理论依据。 展开更多
关键词 土石混合体 块石倾角 室内试验 含石量 破裂形态
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中国立井人工地层冻结技术的发展与展望
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作者 杨维好 李伟 +8 位作者 王衍森 孟祥军 杨志江 任彦龙 韩涛 张驰 张涛 骆汀汀 张雨 《煤炭学报》 北大核心 2025年第10期4707-4728,共22页
在我国矿产资源和地下空间开发向深部进军的过程中,立井施工面临高土压、高地应力、高水压、高地下水流速和恶劣岩性等严酷条件,亟需突破凿井技术瓶颈制约。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工... 在我国矿产资源和地下空间开发向深部进军的过程中,立井施工面临高土压、高地应力、高水压、高地下水流速和恶劣岩性等严酷条件,亟需突破凿井技术瓶颈制约。总结经验教训,指出冻结法是复杂条件下深井井筒施工最主要的地层堵水与加固工法。回顾了2002年以前国内外冻结法凿井技术的状况;概述了2002—2022年在400~800 m深厚土层中和在500~1000 m深厚富水岩层中中国立井人工地层冻结技术取得的重大突破及其应用情况;总结了中国在冻结法凿井物理模拟试验装备,深埋人工冻土试验装备与方法,深土人工冻土力学,冻结岩石的力学特性,地层冻结制冷技术与装备,超深冻结孔施工技术与装备,多圈管冻结温度场变化规律,深厚土层中冻结壁的变形规律,深厚土层中冻结壁厚度的设计理论,深厚富水岩层中冻结壁厚度的设计理论,冻结管断裂新机理与预防技术,分圈异步冻结工艺,分圈控制冻结工艺,局部冻结工艺,深厚岩层中冻结孔固管封水技术,井筒与毗邻硐室联合冻结技术等方面的新进展。针对我国在1500 m超深土层以及3000 m深厚富水岩层中采用地层冻结技术将面临的挑战,指出应重点在-80℃深冷制冷技术及其配套材料与装备,深埋深冷人工冻土的力学特性,深埋深冷冻结壁的力学特性与设计方法,高精度超深定向冻结孔施工技术与装备,超深井筒冻结壁形成与维护新技术等方面开展攻关研究。 展开更多
关键词 深厚土层 深厚富水岩层 立井 冻结法凿井 地层冻结 人工冻土 冻结壁 冻结管 温度场 力学特性
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