最新刊期
      2024 年 第 1 期

        工程地质灾害

      • 焦少通,王家鼎,张登飞,戚利荣,李帅,李琳,李珊
        2024, 54(1): 1-10. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-001
        摘要：黄土体长期处于降雨和蒸发的湿热耦合环境，极易诱发土体裂隙产生，显著弱化土体的结构性和完整性，从而影响工程区域的建设。因此，对干湿循环作用下不同厚度的黄土开裂特性研究十分必要。该文通过室内干湿循环试验，记录试样的含水率变化和裂隙发育情况，利用数字图像处理技术，结合分形维数对裂隙网络进行分析。试验结果表明，蒸发路径和含水量的不同导致土体水分蒸发速度不同，土体越厚，水分蒸发速度越慢。界面摩擦力影响土体开裂过程，土体越厚，裂隙发育越慢，裂纹网络复杂性越低。随着干化的进行，界面摩擦力逐渐降低，土体收缩明显，干湿循环效应导致土体颗粒重新组合，加快水分蒸发过程，土体表面会不断劣化。研究结果可为地质灾害防治提供指导。  
        关键词：干湿循环;土体厚度;裂隙特征;分形维数;摩擦力   
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        发布时间：2024-01-18
      • 张小辉,乔斯嘉,张登飞,王勇华,李世雄,苏铁志
        2024, 54(1): 11-17. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-002
        摘要：冻融作用是引起黄土边坡溜塌和路基沉陷等工程病害不可忽视的重要因素。持水特性作为分析非饱和黄土水力－力学特性的关键物性，有关冻融作用对黄土持水特性的影响有待深入研究。该文以冻融循环后原状黄土为研究对象，研究了冻融循环次数和冻融前含水率对持水曲线及其特征参数的影响。研究结果表明，冻融循环对持水曲线的影响呈波动性变化，影响程度受控于循环次数与冻融前初始含水率水平；不同冻融条件下饱和度与吸力比(吸力与进气值之比)关系可以归一；通过建立进气值与构度指标之间的定量联系，构建了可统一考虑冻融循环作用影响的修正持水模型；初步证实了冻融循环条件对原状黄土持水曲线的影响，可以通过土的构度指标变化引起进气值的改变来反映。  
        关键词：原状黄土;冻融循环;持水特性   
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        发布时间：2024-01-18
      • 赵雪,谷天峰,范楠楠
        2024, 54(1): 18-25. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-003
        摘要：黄土具有多孔亚稳结构和水敏性，遇水时易发生崩解。黄土的崩解性是促进黄土高原地区水土流失、崩塌、滑坡等地质灾害发生的主要因素之一。作为一种造价低、应用方便的材料，水泥改良黄土(cement improved loess, CIL)在黄土地基、边坡工程中应用广泛，但其抗崩解性研究较少。为此，该文通过原状及不同掺量下的CIL室内崩解试验和扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)试验，分析改良前后黄土的崩解行为，探究水泥对黄土崩解性的改良效果及作用机制。结果表明，掺入水泥可大幅提升黄土的抗崩解能力，低掺量下CIL仍具有完整的崩解过程，但水泥能填充粒间孔隙，阻碍水分运移，同时水泥水化物及其与黄土颗粒的作用能增强粒间胶结，从而延缓了黄土崩解进程。随着水泥掺量的增加，抗崩解效果愈明显，累积崩解百分量几乎为0。土样不发生崩解的最小水泥掺量为3%。研究结果对黄土的抗侵蚀性研究和防灾工程设计具有重要意义。  
        关键词：黄土;水泥;崩解性;改良土;SEM   
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      • 代倩,廖红建,康孝森,孙玉军,周恒
        2024, 54(1): 26-32. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-004
        摘要：压实黄土的动应力应变关系预测是黄土高原平山填方工程长期运营涉及的关键问题之一，已有模型预测压实黄土的动本构关系难度较大。该文在边界面塑性框架下，引入动态映射法则，提出了一个反映应变累积的循环加载塑性模量表达式，构建了循环加载条件下压实黄土边界面塑性本构模型，分析了循环应力比与围压对应力应变关系与模量的影响规律，采用压实粉质黄土动三轴试验结果进行了验证。结果表明，该循环加载塑性模量基本反映了压实黄土的应变累积行为，所构建的本构模型考虑了循环应力比对动应力应变关系与模量的影响，可为填方压实黄土长期变形分析提供参考。  
        关键词：压实黄土;循环加载;应力应变;本构模型;塑性模量   
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        发布时间：2024-01-18
      • 陈汉江,崔素丽,张登飞,李世雄,李治嘉,辜超颖
        2024, 54(1): 33-41. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-005
        摘要：聚焦于重金属污染黄土而劣化的实际工程问题，探究水泥固化重金属污染黄土的强度、应力－应变特性，以水泥固化锌离子污染黄土为研究对象，考虑水泥掺量和养护龄期的影响，进行无侧限抗压强度的系列试验，分析其应力－应变曲线、无侧限抗压强度、破坏应变、变形模量的变化规律，进而构建水泥固化锌离子污染黄土在无侧限条件下的应力－应变本构模型。研究表明，经水泥固化后的锌离子污染黄土应力－应变曲线为强软化型，试样呈脆性破坏，可分为弹性、弹塑性、应力下降、残余稳定4个阶段；随着养护龄期、水泥掺量的增加，无侧限抗压强度增大，破坏应变基本呈现减小趋势；变形模量与无侧限抗压强度呈现非线性关系；构建的考虑养护龄期、水泥掺量影响的应力－应变本构模型，可准确描述水泥固化锌离子污染黄土单轴压力下的变形全过程。  
        关键词：固化;锌污染黄土;重金属;变形模量;无侧限抗压强度;应力－应变曲线   
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        发布时间：2024-01-18
      • 李鑫,谷天峰,崔博
        2024, 54(1): 42-52. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-006
        摘要：使用直流电阻率法进行黄土水分监测时，黄土介质中的容性成分会影响结果的准确性。该文以宜川地区黄土为研究对象，基于复电阻率试验和土水特征测定，获取了非饱和黄土基质吸力与复电阻率参数的关系，揭示了其频谱特性变化规律，推导了黄土饱和度与复电阻率公式。研究结果表明：激励频率与复电阻率的幅值和相位呈负相关关系，在频率小于1 000 Hz时黄土的复电阻率的幅值和相位波动较大，超过1 000 Hz时会逐渐趋于稳定；随着基质吸力的升高，黄土的幅值、实部电阻率和虚部电阻率也逐渐增大，其相关性受通电频率的大小影响；黄土电容量与介电常数随基质吸力的升高逐渐减小；利用实部电阻率和虚部电阻率建立了黄土饱和度复电阻率模型，模型可用于黄土水分变化的监测。研究结果为利用黄土的频散特性进行黄土地质灾害监测提供了新的方法和思路。  
        关键词：黄土;复电阻率法;频谱特性;基质吸力;饱和度复电阻率模型   
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        发布时间：2024-01-18
      • 杨几,肖涛,孙靓,史亚瑞,李萍
        2024, 54(1): 53-62. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-007
        摘要：在全球气候变暖和“双碳”战略的背景下，植被护坡成为一种潜在的碳负排放边坡加固和侵蚀控制手段。植被根系的发育可以改变土体结构和水力学特性，进而影响边坡的稳定性。虽然一些试验研究已经探讨了特定条件下植被对土体水力学特性的影响，但是对于植被根系改变土体水力学特性的一般规律尚不清楚。该文从植被蒸腾作用、根系物理作用以及根系生物化学作用3个方面入手，收集并梳理了近年来国内外相关研究，分析并总结了植被根系改变土体水力学特性的作用机理，且对已有试验数据进行了统计分析。指出植被根系对土体水力学特性的改变取决于植被蒸腾、根系物理作用和根系生物化学作用三者的相对贡献，同时受根系类型、土体类型及生长阶段等因素的影响。因此，植被根系对土体水力学特性的影响十分复杂，更全面广泛的研究对于揭示植被护坡机理是亟需的。最后，探讨了植被根系影响土体水力学特性的研究空白和未来趋势。  
        关键词：植被根系;SWRC;渗透系数;土体吸力;蒸腾作用   
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      • 张阳,崔素丽
        2024, 54(1): 63-71. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-008
        摘要：为制定环境保护和土壤污染防治和修复策略，以及为污染场地工程建设提供理论支撑，该文研究了Cu2+对原状黄土物化特性及结构特性的影响。通过制备不同掺量的Cu2+污染黄土试样，进行了粒径分布、CaCO3含量和pH值的测定。利用扫描电镜和激光粒度仪获得试样的SEM图像和粉粒各粒径含量，并借助分形理论深入分析了Cu2+对原状黄土微观结构的影响机理。对Cu2+污染的原状黄土试样进行了压缩试验，并对试样的综合结构势进行了分析。结果表明，随着Cu2+掺量的增大，黏粒含量表现为先增后减，再增再减的趋势，粉粒含量则表现为先减后增，再减再增，砂粒含量保持不变；CaCO3的含量呈线性减小；pH值先迅速减小，后保持不变；污染黄土试样的综合结构势先增大后减小，之后再增大再减小。总体而言，重金属Cu2+的掺入，导致土壤pH值降低，主要胶结物质碳酸钙被溶解，而又因黏粒之间的静电引力和范德华力，黏粒聚集体的形态和成分发生变化，从而影响了土体的密实度和结构强度。  
        关键词：Cu2+;原状黄土;SEM图像;综合结构势;粒径分布;分形理论   
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        发布时间：2024-01-18
      • 李琳,王家鼎,谷琪,张登飞,焦少通
        2024, 54(1): 72-83. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-009
        摘要：黄土地层中往往交替分布着多层红色古土壤层，由于其硬度相对较高，遇水不易湿陷，对黄土地层湿陷量的测量结果有很大的影响。然而，对于古土壤对湿陷量的控制作用目前还缺乏相关研究，导致对湿陷地层湿陷量的科学取舍缺乏理论依据。为此该文统计了黄土高原区的浸水试验结果，分析了不同区域湿陷量室内外差异特征，并以西安地区两个试验场地的大型浸水试验为研究对象，进行了不同试验条件下土体中水分的扩散、含水率的变化、土压力变化以及累计湿陷量等测量工作。最终结果表明，古土壤层的存在阻碍湿陷进程，在阻止水分下渗的同时，阻碍深部地层湿陷量传递至地表，使得湿陷量实测值与计算值之间的差异与古土壤层数呈现正相关的趋势。该文将为普遍存在古土壤的黄土地层自重湿陷机理的研究提供参考。  
        关键词：古土壤;浸水试验;湿陷性;湿陷系数;黄土   
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        发布时间：2024-01-18
      • 薛芬芬,谢婉丽,王昱琛,刘欣鹏
        2024, 54(1): 84-92. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-010
        摘要：以研究区发生的10例地面塌陷为研究对象，在野外调查的基础上结合研究区的地质环境条件和工程地质资料，分析了研究区的基础地质背景及地面塌陷的发育条件，综合归纳了研究区地面塌陷的类型，揭示了不同地面塌陷类型的诱因、时空分布特征及塌陷形成机制。最后，采用有限差分软件FLAC3D模拟了地道开挖、建房、地下水位抬升、强降雨等条件下地面塌陷的发展过程。通过对土层内部的应力应变，以及地道周围土体、地表位移等分析，揭示了研究区地面塌陷的形成机理。研究结果表明，居民建房增加上覆荷载，地下水位抬升引起洞室周围土体变形、洞室扩大，在季节性强降雨的影响下，地表会产生大的沉降。  
        关键词：塌陷;机理;地下水;强降雨;数值模拟   
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        发布时间：2024-01-18
      • 刘小华,廖红建,李明泽,刘少华,李杭州
        2024, 54(1): 93-100. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-011
        摘要：城市车辆段上盖开发工程中的大跨度桩基具有单桩竖向承载较大、桩间大跨度范围内土体受荷较小的特点。以西安地铁某车辆段大跨度桩基为研究对象，制备人工湿陷性黄土作为相似材料，开展了湿陷性黄土地层大跨度桩基的室内模型试验，研究大跨度桩基在湿陷性黄土地层中的荷载传递机制与变形规律。结果表明：制备的人工湿陷性黄土与现场原状黄土性质接近，将其应用于模型试验时可以得到良好的效果；大跨度桩基在未浸水时，荷载沉降曲线为陡降型，桩身轴力在桩顶附近显著下降，未达到极限承载力时，桩顶沉降、桩端阻力线性增大；在黄土浸水湿陷后，桩身轴力沿埋深方向呈“D”字型分布，随着浸水时间的增加，桩顶沉降、桩端阻力先缓慢增加后显著增加，中性点位置不断向桩身下部移动。  
        关键词：湿陷性黄土;桩基;模型试验;负摩阻力   
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      • 叶旭光,王新刚,刘凯,王友林,罗力,薛晨
        2024, 54(1): 101-110. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-012
        摘要：以柞水县小岭镇罗庄三组滑坡为研究对象，在野外地质调查的基础上开展室内土工试验，利用大型直剪试验和数值模拟手段，研究不同含水率条件下滑带土的剪切力学特性，进而在此基础上揭示降雨诱发堆积层滑坡的形成机理和变形过程。大型直剪试验表明：在试验前期，剪切应力与剪切位移呈线性关系，随剪切位移增大曲线呈现出非线性特征；在其他试验工况相同时，剪切应力与含水率呈负相关规律；当含水率相同时，剪切应力随法向荷载的增大而增大。数值模拟结果表明：堆积层坡体在降雨因素的作用下，容易发生失稳；随着降雨强度和时长的不断增大，土体含水量增加或饱和后易产生破坏，坡体稳定性系数不断减小。降雨条件下，堆积层滑坡滑体变形较强烈，其变形过程一般经历蠕动变形→加速变形→滑动破坏3个阶段，破坏运动形式以推移式为主，通过推挤作用对威胁对象产生破坏效应，从而造成人员和财产损失。该研究成果对秦巴山区堆积层滑坡的机理研究与防灾减灾具有一定的参考意义。  
        关键词：堆积层滑坡;降雨;大型直剪;数值模拟;滑坡机理   
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        发布时间：2024-01-18
      • 解庆禹,黄强兵,孙玉军,马宗源,周恒,孟凡东,郭治宇,余岱金
        2024, 54(1): 111-118. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-013
        摘要：微型桩具有施工快速便捷和扰动小等优点，已在黄土滑坡快速治理中得到了应用。为揭示微型桩群桩支护黄土滑坡动力响应规律，该文基于动态黏弹塑性本构模型(VEP模型)，研究微型桩与滑坡地震动力相互作用机制，探讨合理桩间距。结果表明：激振后VEP模型计算结果对地震量级较敏感，模型考虑了土的黏弹塑性，能够合理的反映地震作用下坡体位移规律；地震作用下微型群桩的桩身产生弯剪组合破坏，主要破坏位置位于滑面上下2~4倍桩径处；建议微型群桩的列间距采用5~7倍桩径，排间距采用3~4倍桩径进行布设。研究结果可为地震作用下黄土滑坡防治的数值分析与抗震设计提供依据。  
        关键词：微型桩;数值模拟;土动力特性;桩间距优化;滑坡;地震   
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      • 唐雪峰,谢婉丽
        2024, 54(1): 119-132. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-014
        摘要：针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷，提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路，开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明，在数值模拟中，将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时，应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征；模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合，在一定程度上验证了数值模拟的准确性；在施加了5级水平推力(1 500 N)后，单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%，而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征，加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时，单排桩工况中的桩体断裂，而当水平推力达到2 400 N时，双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。  
        关键词：速凝高聚物;抗滑桩;砂土边坡;加固效果;模型试验;数值模拟   
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      • 娄灿昀,王飞,王家鼎,陈晓清
        2024, 54(1): 133-144. DOI: 10.16152/j.cnki.xdxbzr.2024-01-015
        摘要：该研究通过室外水槽模型试验，模拟了不同直径巨石与不同密度泥石流完全固液耦合作用下的运动状态，分析了泥石流沟内巨石在泥石流中的运动模式、运动的影响因素及其在泥石流中的受力情况，并探讨了泥石流密度与巨石粒径对其运动速度的影响。研究结果表明：巨石在运动过程中可能出现滚动、跳跃与滑动等运动模式，巨石出现的运动模式同泥石流的密度以及巨石粒径有关；巨石的直径越大，运动速度越小，它在泥石流中的运动模式越简单，越倾向于发生滚动运动，在泥石流流体中的跟随性越好，速度比n越容易趋近于1；巨石粒径对巨石运动速度的影响大于泥石流密度对它的影响。  
        关键词：泥石流;球形巨石;水槽试验;运动规律   
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