An experimental investigation of the effects of thawed soil depth on rill flow velocity     

Xiaofeng Gao  Xiaonan Shi  Tingwu Lei  Huaqing Liu  Jiahui Yang 《水文研究》2021,35(2):e14043

Water flow velocity is an important hydraulic variable in hydrological and soil erosion models, and is greatly affected by freezing and thawing of the surface soil layer in cold high-altitude regions. The accurate measurement of rill flow velocity when impacted by the thawing process is critical to simulate runoff and sediment transport processes. In this study, an electrolyte tracer modelling method was used to measure rill flow velocity along a meadow soil slope at different thaw depths under simulated rainfall. Rill flow velocity was measured using four thawed soil depths (0, 1, 2 and 10 cm), four slope gradients (5°, 10°, 15° and 20°) and four rainfall intensities (30, 60, 90 and 120 mm·h⁻¹). The results showed that the increase in thawed soil depth caused a decrease in rill flow velocity, whereby the rate of this decrease was also diminishing. Whilst the rill flow velocity was positively correlated with slope gradient and rainfall intensity, the response of rill flow velocity to these influencing factors varied with thawed soil depth. The mechanism by which thawed soil depth influenced rill flow velocity was attributed to the consumption of runoff energy, slope surface roughness, and the headcut effect. Rill flow velocity was modelled by thawed soil depth, slope gradient and rainfall intensity using an empirical function. This function predicted values that were in good agreement with the measured data. These results provide the foundation for a better understanding of the effect of thawed soil depth on slope hydrology, erosion and the parameterization scheme for hydrological and soil erosion models.  相似文献   

黄土洞室掘进深度与围岩位移变化规律研究     

时卫民  王鹏  赵尚毅 《岩土工程技术》2020,(2):70-75

应用PLAXIS 2D/3D有限元分析软件,对某黄土洞室进行了二维、三维分步掘进、三维一次掘进等工况的弹塑性有限元分析,研究分析了不同工况下洞室围岩位移的变化规律,并对掌子面的空间效应进行了分析。分析结果表明,二维与三维分步计算的最终位移基本一致,可以用二维的计算结果来估算洞室开挖的最终位移。三维分步掘进的分析表明,不同埋深的洞室其位移比的变化规律基本一致,当L/B<1时(L为掘进深度,B为洞室跨度),位移比呈线性增加;当L/B>1时,位移比呈非线性增加;当L/B>3时,其最大位移接近最终位移。掌子面的空间效应分析表明,在掌子面处的位移约为最终位移的1/3,距掌子面0.5倍跨度处的位移约为最终位移的2/3,距掌子面2.5倍跨度处的位移基本达到了最终位移。  相似文献   

The thermal maturity of sedimentary basins as revealed by magnetic mineralogy     

Mansour M. Abdelmalak  Stéphane Polteau 《Basin Research》2020,32(6):1510-1531

The thermal evolution of sedimentary basins is usually constrained by maturity data, which is interpreted from Rock-Eval pyrolysis and vitrinite reflectance analytical results on field or boreholes samples. However, some thermal evolution models may be inaccurate due to the use of elevated maturities measured in samples collected within an undetected metamorphic contact aureole surrounding a magmatic intrusion. In this context, we investigate the maturity and magnetic mineralogy of 16 claystone samples from Disko-Svartenhuk Basin, part of the SE Baffin Bay volcanic margin. Samples were collected within thermal contact metamorphic aureoles near magma intrusions, as well as equivalent reference samples not affected by intrusions. Rock-Eval pyrolysis (T_max), and vitrinite reflectance (Ro) analysis were performed to assess the thermal maturity, which lies in the oil window when 435°C ≤ T_max ≤ 470°C and 0.6%–0.7% ≤ Ro ≤ 1.3%. In addition, we performed low- (<300K) and high-temperature (>300K) investigations of isothermal remanent magnetization to assess the magnetic mineralogy of the selected samples. The maturity results (0.37% ≤ Ro ≤ 2%, 22°C ≤ T_max ≤ 604°C) show a predominance of immature to early mature Type III organic matter, but do not reliably identify the contact aureole when compared to the reference samples. The magnetic assemblage of the immature samples consists of iron sulphide (greigite), goethite and oxidized or non-stoichiometric magnetite. The magnetic assemblage of the early mature to mature samples consists of stoichiometric magnetite and fine-grained pyrrhotite (<1 μm). These results document the disappearance of the iron sulphide (greigite) and increase in content of magnetite during normal burial. On the other hand, magnetite is interpreted to be the dominant magnetic mineral inside the contact aureole surrounding dyke/sill intrusions where palaeotemperatures indicate mature to over-mature state. Interestingly, the iron sulphide (greigite) is still detected in the contact aureole where palaeotemperatures exceeded 130°C. Therefore, the magnetic mineralogy is a sensitive method that can characterize normal burial history, as well as identify hidden metamorphic contact aureoles where the iron sulphide greigite is present at temperatures beyond its stability field.  相似文献   

埋深对恐龙化石的影响效果研究          下载免费PDF全文

陈诚  贾超  张尚坤  杜圣贤  罗文强  田京祥 《山东国土资源》2019,35(5)

已发现的恐龙化石大多数埋藏在不同深度的地层中,不同埋深化石所受风化破坏程度不尽相同。为深入研究恐龙化石的风化机理,探究恐龙化石的保护措施和方法,重点分析埋深产生的侧向压力对恐龙化石强度和破坏特性的影响。通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟,揭示埋深因素对恐龙化石保存的影响程度。试验结果表明:围岩对恐龙化石施加的侧向压力是影响恐龙化石变形和强度特性的一个重要因素。在弹性变形阶段,恐龙化石的初始强度、峰值强度随侧向压力的增大而不断增大。当应力超过了恐龙化石极限强度后进入塑性变形,其初始强度、峰值强度逐渐减小,最终达到残余强度。  相似文献   

塔里木盆地南缘8.5 ka以来的黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制          下载免费PDF全文

吕爽  韩文霞  张涛  韩凤清  卢胜城  马学海  张志高 《地球物理学报》2019,62(8):3053-3066

黄土岩石磁学参数是古气候研究中的重要指标，其中磁化率应用最为广泛，并在黄土高原地区取得重大进展，其受控于成壤作用的变化机制也被普遍接受.然而在黄土高原外缘的新疆地区，磁化率的变化机制仍不明确，导致磁化率的古气候意义在该区存在较大争议.本文选取塔里木盆地南缘具有精确年代控制的典型黄土剖面（羊场剖面）开展岩石磁学和高分辨率磁化率研究，利用交叉小波分析方法并结合剖面粒度、矿物及元素特征对该地区磁化率变化机制进行初步探讨.结果显示，羊场剖面的岩石磁学性质主要由粗颗粒软磁性矿物所控制，同时也表现出一定的顺磁性特征.根据载磁矿物和磁化率变化特征可将剖面进一步划分为两个阶段：阶段Ⅰ（8.5~2.5 ka），载磁矿物以亚铁磁性的磁铁矿为主，磁化率值整体较高；阶段Ⅱ（2.5~0.2 ka），亚铁磁性矿物依然占据主导地位，但硬磁性矿物和以黄铁矿为代表的顺磁性矿物相对增多，磁化率值显著降低.相关性研究和交叉小波分析表明：阶段Ⅰ磁化率与粗颗粒组分的变化具有一致性，符合"风速论"模式；阶段Ⅱ磁化率不仅与粗颗粒组分具有明显的正相关关系，而且与指示成壤作用强度的频率磁化率百分含量呈现出显著的负相关关系，暗示了阶段Ⅱ的磁化率变化可能受到"风速论"和"还原性成壤"模式的共同影响.本文拓宽了对新疆地区黄土岩石磁学特征及其磁化率变化机制的深入理解，也为利用磁化率恢复新疆及中亚地区全新世以来的古气候变化历史提供了新的线索.  相似文献   

水平低周往复位移下单桩-土相互作用试验研究     

黄福云  陈汉伦  董锐  单玉麟 《岩土力学》2020,41(5):1625-1634

整体式桥台无伸缩缝桥梁（以下简称整体桥）桩基应设计为柔性桩，以保证较好的抗水平变形能力。但是，我国相关规范中判别柔性桩的算法主要应用于单向水平受荷桩，可否沿用至整体桥桩基还有待验证。为此，根据一种特殊设计的桩身变形测量方法，对3根埋深不同的混凝土模型桩进行了低周水平往复位移下的拟静力试验，研究单桩-土体系的抗震性能和相互作用机制。研究表明，水平往复位移下混凝土桩在埋深为3D～6D（D为桩径）范围内开裂；桩的埋深越大，桩身挠曲程度越大、变形特征点位置也越深、桩-土体系的抗弯刚度也越大、水平极限承载力也越高、抗震性能也越强。研究还表明，桩-土体系进入弹塑性阶段后，柔性桩的水平工作性状将逐渐向刚性桩退化。另外，在判别整体桥桩基的水平工作性状时，我国相关规范中的规定偏不安全。实际工程中，建议以Broms方法进行参考计算。  相似文献   

塑性极限分析鱼雷锚锚尖贯入阻力     

瑜璐  杨庆  杨钢  张金利 《岩土力学》2020,41(6):1953-1962

鱼雷锚安装过程中,锚尖形状影响尖部贯入阻力进而影响贯入深度。基于塑性极限分析理论下限法分析不同锚尖长径比x的椭圆形锚尖的贯入阻力和贯入阻力系数,并考虑了贯入深度、锚-土界面摩擦对贯入阻力以及贯入阻力系数的影响。结果表明:(1)锚-土界面光滑时,锚尖贯入阻力系数随着锚尖长径比的增大而减小;锚-土界面粗糙时,锚尖贯入阻力系数随着锚尖长径比的增大而增大。(2)摩擦力对贯入阻力系数的影响随着ξ增大而增大。(3)随着埋置深度增加,贯入阻力系数受x影响最小时所对应的摩擦系数逐渐减小。(4)当锚-土界面摩擦系数ω 0.75时,工程中可选用ξ1的锚尖用以减小端部贯入阻力;当ω0.26时,ξ1的锚尖提供更小的端部贯入阻力。锚尖长径比ξ=0和ξ=1的下限解与前人研究的桩基和圆形结构的理论解较为一致,进一步验证了所提出的椭圆形锚尖下限法模型的可行性。  相似文献   

全球地磁感应测深数据三维反演   总被引：2，自引：0，他引：2       下载免费PDF全文

李世文  翁爱华  张艳辉  李建平  杨悦  唐裕  邹宗霖  李春成 《地球物理学报》2019,62(5):1908-1920

全球地磁感应测深能获得地幔转换带及下地幔上部的导电结构.但目前稀疏的地磁台站分布及部分台站的观测数据稳定性较差,影响了三维反演对地下电性结构的分辨力和反演可靠性.为此,区别于传统的L2-范数反演方法,本文提出并实现了基于L1-范数的地磁测深响应三维反演技术.在反演中,利用L1-范数度量数据预测误差,降低"飞点"数据的影响,将相关系数较小的C-响应估计也纳入反演数据中.三维正演模拟采用球坐标系下的交错网格有限差分法,反演采用有限内存拟牛顿法.文中利用指数概率密度分布函数构造非高斯噪声的合成数据,并采用棋盘模型对反演方法的可靠性进行了验证.之后,我们将本文提出的三维反演方法用于全球129个地磁观测台站的C-响应数据反演,结果表明在地幔转换带深部,中国东北地区为高导电异常,南欧和北非则均为高阻;夏威夷在900km以下为高导;菲律宾海及以东地区在转换带表现为明显的高阻,这些结果与前人研究结果一致.由于采用了更多的台站数据,我们的反演结果还发现一些新的异常:南美洲南端,转换带表现为明显的高导;澳大利亚东南部,地幔转换带深部,也存在一个明显的高导异常,这些异常分布和地震层析成像的低速区一致.因此,L1-范数三维反演能够充分利用全球C-响应数据信息,提高地磁测深对地球深部电性结构的分辨能力,更好的研究全球地幔电性结构.  相似文献   

基态位涡径向分布对浅水涡旋系统动力稳定性的影响分析          下载免费PDF全文

刘爽  钟玮  刘宇迪 《地球物理学报》2018,61(6):2207-2219

本文基于正压浅水模型，分析基态位涡（Potential Vorticity：PV）结构对热带气旋（Tropical Cyclone：TC）类涡旋系统稳定性及其波动特征的影响.通过引入基态PV结构参数：宽度δ（眼墙内外边界涡度发生陡变的半径长度之比）和中空度γ（眼心相对涡度与内核区域平均相对涡度之比），设计具有相同基流最大切向风速和最大风速半径的170组不同基态PV环结构的敏感性试验，并讨论了不同基态PV结构下涡旋系统最不稳定波数（the most unstable wavenumber：MUWN）和系统最不稳定模态（the most unstable mode of System：MUMS）的特征频率及其不稳定增长率的大小.结果指出：当PV环较宽，系统表现为低波数最不稳定，相应的MUMS为低频波且增长率小；当PV环较窄，系统表现为高波数不稳定，且PV环越实最不稳定波数越高；当PV环窄且空时，MUMS均为中高频波动，且不稳定增长率随PV环的宽度变窄和中空度变空而明显增大.分析典型PV结构下系统演变特征可知，当PV环较宽，MUMS表现为具有平衡约束的低频波动的线性不稳定特征；当PV环趋向窄且空时，MUMS的平衡性约束趋向弱化，同时不稳定增长表现为明显的指数型增长.进一步讨论系统内部非对称结构的形成和传播机制发现，对于弱不稳定的PV环来说，低波数波最不稳定的特征波动具有典型涡旋Rossby波特征；而对于强不稳定的PV环来说，高波数不稳定的特征波动混合波性质明显.  相似文献   

基于BSWT-DDTFA方法的地球天然脉冲电磁场震前信号时频分析研究          下载免费PDF全文

郝国成  白雨晓  吴敏  王巍  刘辉 《地球物理学报》2018,61(10):4063-4074

地球天然脉冲电磁场（ENPEMF）信号，可理解为地球天然变化磁场的瞬间扰动，携带了大量有用的地质构造及其动力学信息.研究ENPEMF信号所蕴含的时间-频率联合分布特点，有利于深入了解目标对象的地球物理现象及其地质动力学原理.本文针对ENPEMF信号的非平稳特点，在数据驱动时频分析方法（DDTFA）的基础上提出了基于二值化同步压缩小波变换的改进算法（BSWT-DDTFA）.该算法可以实现数据驱动初始相位自动赋值的功能，具有自适应性.实验仿真和实际数据均证明了该改进算法不仅能够得到较为精确的频率曲线和更加清晰的时频分布，而且具有较强的抗噪声能力.以2013年芦山M_S7.0地震为例，利用BSWT-DDTFA方法提取ENPEMF信号的时频特性，结果表明ENPEMF信号的时间-频率-幅度分布在震前有明显的异常特征.  相似文献