Generating soil thickness maps by means of geomorphological-empirical approach and random forest algorithm in Wanzhou County,Three Gorges Reservoir     

《地学前缘(英文版)》2023,14(2):101514

Soil thickness, intended as depth to bedrock, is a key input parameter for many environmental models. Nevertheless, it is often difficult to obtain a reliable spatially exhaustive soil thickness map in wide-area applications, and existing prediction models have been extensively applied only to test sites with shallow soil depths. This study addresses this limitation by showing the results of an application to a section of Wanzhou County (Three Gorges Reservoir Area, China), where soil thickness varies from 0 to ～40 m. Two different approaches were used to derive soil thickness maps: a modified version of the geomorphologically indexed soil thickness (GIST) model, purposely customized to better account for the peculiar setting of the test site, and a regression performed with a machine learning algorithm, i.e., the random forest, combined with the geomorphological parameters of GIST (GIST-RF). Additionally, the errors of the two models were quantified, and validation with geophysical data was carried out. The results showed that the GIST model could not fully contend with the high spatial variability of soil thickness in the study area: the mean absolute error was 10.68 m with the root-mean-square error (RMSE) of 12.61 m, and the frequency distribution residuals showed a tendency toward underestimation. In contrast, GIST-RF returned a better performance with the mean absolute error of 3.52 m and RMSE of 4.56 m. The derived soil thickness map could be considered a critical fundamental input parameter for further analyses.  相似文献   

Efficient stochastic analysis of unsaturated slopes subjected to various rainfall intensities and patterns     

《地学前缘(英文版)》2023,14(1):101490

Rainfall infiltration poses a disastrous threat to the slope stability in many regions around the world. This paper proposes an extreme gradient boosting (XGBoost)-based stochastic analysis framework to estimate the rainfall-induced slope failure probability. An unsaturated slope under rainfall infiltration in spatially varying soils is selected in this study to investigate the influences of the spatial variability of soil properties (including effective cohesion c′, effective friction angle φ′ and saturated hydraulic conductivity k_s), as well as rainfall intensity and rainfall pattern on the slope failure probability. Results show that the proposed framework in this study is capable of computing the failure probability with accuracy and high efficiency. The spatial variability of k_s cannot be overlooked in the reliability analysis. Otherwise, the rainfall-induced slope failure probability will be underestimated. It is found that the rainfall intensity and rainfall pattern have significant effect on the probability of failure. Moreover, the failure probabilities under various rainfall intensities and patterns can be easily obtained with the aid of the proposed framework, which can provide timely guidance for the landslide emergency management departments.  相似文献   

模拟厌氧水稻土中氮、砷变化及迁移研究     

蒙薪赟  赵嘉  刘璟 《岩石矿物学杂志》2023,42(2):275-284

矿渣和酸性矿山废水的排放会使矿区周围的农田受到污染。为研究厌氧条件下矿区农田中氮和砷之间的联系,本文通过摇瓶实验探究了含砷水铁矿在厌氧含氮农田中释放的砷形态的变化,通过柱实验探究了水稻生长对氮、砷形态和浓度的影响。研究结果发现,在厌氧条件下,外源氮的加入促进了砷污染水稻土中As(Ⅴ)的还原,使生成的As(Ⅲ)浓度最高达396μg/L;在柱实验模拟的厌氧农田不同层位中,水稻的生长过程促进了氮和砷的还原以及砷向下层位的迁移,使装置中的As(Ⅲ)浓度最高达517μg/L;摇瓶实验和柱实验在相近的厌氧条件下,NO^-₃的存在能够直接参与As(Ⅴ)还原。研究结果为农田砷污染的治理提供了一定的参考价值。  相似文献   

非饱和土地基中复合多层波阻板对S波的隔离效应     

舒进辉  马强  常立君 《岩土力学》2023,44(1):217-231

基于弹性波在非饱和多孔介质与单相弹性介质中的传播理论,考虑在非饱和土地基中设置一定厚度的复合多层波阻板（复合多层波阻板以3层为例）,利用Helmholtz矢量分解定理,推导了非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板的透射、反射振幅比的解析解。通过数值算例,分析了层间波阻板剪切模量和密度等物理力学参数对非饱和土地基中S波通过复合多层波阻板时传播特性的影响规律。结果表明：复合多层波阻板中层间波阻板材料的剪切模量和密度对透反射系数影响显著。复合多层波阻板是一种有效的隔振屏障,严格控制层间波阻板的剪切模量和密度可以获得最佳隔振效果,这为复合多层波阻板在地基振动控制领域中的应用提供理论指导。  相似文献   

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究     

刘德仁  安政山  徐硕昌  王旭  张转军  金芯  张严 《岩土力学》2023,44(1):268-278

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...  相似文献   

基于高密度电阻率法的土体干缩裂隙动态发育过程精细监测研究     

章君政唐朝生巩学鹏周启友程青吕超施斌 《岩土力学》2023,(2):392-402

土体在气候作用下发育干缩裂隙是一种常见的自然现象,裂隙的存在会极大弱化土体的工程性质,诱发许多岩土与地质工程问题。为了实时掌握黏性土中干缩裂隙网络的发展状态,提出了一套基于高密度电阻率层析成像技术（ERT）的土体干缩裂隙动态发展过程精细监测方法。分别开展模型试验及原位试验,利用自行研制的测定系统持续采集电流-电位差数据,随后利用自行开发的有限元法电阻率层析成像（FemERT）系统进行数据处理,获取了裂隙网络在不同发育阶段的空间分布特征。结果表明：（1）ERT可以实现土体裂隙发育过程的精细监测,具备监测三维裂隙网络几何形态的能力,裂隙宽度的识别精度达到毫米级,裂隙深度的识别精度达到厘米级;（2）ERT的感度分布特征解释了裂隙发育对于土体电阻率的影响规律,测定电阻值时程曲线因裂隙产生位置的不同而呈现不同的变化规律;（3）反演电阻率及其相对变化率（Rev）可以直观表征裂隙网络在不同阶段的空间几何形态,凸显裂隙动态发育过程对于土体导电性的影响。  相似文献   

卸荷-增孔压条件下花岗岩残积土的力学特性     

舒荣军  孔令伟  周振华  简涛  李甜果 《岩土力学》2023,(2):473-482

建（构）筑物因土中孔隙水压力升高而失稳破坏的情形屡见不鲜,常剪应力增孔压试验是相关研究的常用手段,但迄今鲜见考虑施工期开挖卸荷影响的试验研究。为探究初始卸荷对花岗岩残积土增孔压过程力学行为的影响,在常规增孔压试验中增加了初始卸荷阶段,开展了一系列考虑初始卸荷程度和卸荷滞时影响的卸荷-增孔压试验,分析土体变形、屈服和强度特性的初始卸荷效应与卸荷滞时效应,并与常规增孔压试验结果对比以揭示初始应力路径的影响。试验结果表明：增孔压过程的变形发展具有明显的阶段性,土体屈服后因其剪胀潜势和变形迅速而产生负超静孔压增量,有效平均应力转而增大;初始卸荷对增孔压过程土体力学性能具有明显的劣化作用,表现为刚度与屈服强度均随初始卸荷程度的增大而衰减;与被动压缩这种“加荷”式应力路径相比,初始卸荷的不利影响更为显著;土体力学性能的劣化随卸荷滞时的增长而加剧;屈服摩擦角随初始卸荷程度的增大逐渐减小,但始终大于临界状态摩擦角。  相似文献   

南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制     

曾召田  崔哲旗  孙德安  姚志  潘斌 《岩土力学》2023,(8):2177-2185

采用蒸汽平衡法测定了4种温度(T=5、25、40、60℃)条件下Whatman No.42滤纸的率定曲线,建立了考虑温度影响的双线性率定曲线方程,发现滤纸的持水性能随温度升高而降低,且温度对率定曲线高吸力段滤纸持水性能的影响要弱于低吸力段。在此基础上,以南宁膨胀土为研究对象,使用滤纸法测定了不同温度作用下膨胀土试样的土-水特征曲线。试验结果表明,随着温度的升高,膨胀土持水性能下降,但温度的影响幅度会随着吸力的增大而减弱,当基质吸力达到40MPa时,不同温度下试样的体积含水率并没有明显变化,即此时温度对膨胀土的持水性能变化几乎无影响。为解释上述宏观现象,选取部分试样进行了压汞试验和吸附结合水试验,并根据试验结果从土体中各相及各相界面相互耦合作用的物理机制角度阐述了南宁膨胀土持水性能的温度效应及微观机制。  相似文献   

珠江三角洲不同成土母质发育水稻土镉活动性差异及其影响因素     

王佳鑫  侯青叶  叶丹君  杨忠芳  余涛 《现代地质》2023,37(1):197-207

随着我国经济社会的快速发展,土壤重金属的超标问题越来越突出,尤其是Cd。土壤Cd活动性受到各种因素的影响,但成土母质对土壤Cd活动性影响的研究成果还鲜有报道。以珠江三角洲为研究区,系统采集了由第四纪沉积物、酸性侵入岩和陆源碎屑岩3种不同成土母质发育形成的水稻土样品235件,查明了土壤理化特征,探讨了Cd全量及其活动态的影响因素。结果表明：不同成土母质发育形成的水稻土理化性质、Cd全量及其活动态的影响因素存在差异。第四纪沉积物发育形成的水稻土CaO、K₂O、Na₂O、TFe₂O₃、阳离子交换量(CEC)、pH、有机质、黏粒平均含量显著高于酸性侵入岩和陆源碎屑岩,Cd超标最为严重,不同方法提取的Cd活动态含量也最高;陆源碎屑岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性均强于其他两类成土母质;酸性侵入岩发育形成的水稻土中Cd全量与土壤理化指标的相关性较弱。Cd全量对其活动态含量有重要影响,此外,第四纪沉积物发育的水稻土中Cd活动态含量与pH、有机质和TFe₂O₃  相似文献   

安徽贵池地区富硒土壤地球化学特征及开发利用潜力     

梁胜跃  徐明钻  刘建东 《江苏地质》2023,47(4):402-411

为了解安徽贵池地区富硒土壤特征与潜力,服务当地富硒土地资源开发,选择贵池西部开展土壤地球化学测量试验,探讨Se、I等有益元素的富集特征、成因及潜力,Cd、As等有害元素的超标特征及成因等,结合研究区土壤中有益、有害元素特征,讨论富硒土地资源及其开发优势。发现表层和深层土壤中Se等有益元素含量总体较高,其中Se含量达到富硒土地标准的表层土壤点位占全部样品点位的76%;表层土壤中Cd含量超标的点位占48%,其他有害元素仅个别点位超标,Cd是制约该地区富硒土地资源开发的主要不利因素。在研究区圈定了61.4 km2的富硒土地资源,认为研究区东部土壤富硒的物质来源是二叠系灰岩,可以利用当地灰岩提升富硒土地资源品质,降低生态风险。  相似文献