微生物灌漿固化紫色土的水力-力學(xué)特性及其強(qiáng)化機(jī)理研究
發(fā)布時(shí)間:2021-01-07 05:42
在地質(zhì)、氣候與人類活動(dòng)的影響下,紫色土丘陵山區(qū)水土流失、滑坡等災(zāi)害頻發(fā),而土壤被侵蝕往往是其發(fā)生的基礎(chǔ)。研究、治理紫色土侵蝕需從其機(jī)理出發(fā),綜合考慮地球內(nèi)、外營(yíng)力對(duì)紫色土共同作用的影響。紫色土侵蝕的內(nèi)因主要是土壤顆粒間膠結(jié)物質(zhì)含量少,土質(zhì)松散;外因則與庫區(qū)濕潤(rùn)的氣候、豐沛的降雨條件和丘陵山地的起伏地形等因素密不可分,并且是多種外營(yíng)力共同作用。庫區(qū)重慶段周期性的庫水位漲落、降雨形成的徑流以及裂隙中的潛流,均會(huì)加劇土壤中膠結(jié)物質(zhì)的沖刷與流失,引起土體表層土顆粒的粒徑級(jí)配改變;同時(shí),消落帶影響范圍內(nèi)的土層浸水和失水干濕交替時(shí),土體內(nèi)部飽水狀態(tài)也會(huì)隨之飽和-非飽-飽和交替變化,土壤水力-力學(xué)特性隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)和飽水狀態(tài)變化,循環(huán)交替作用,土體完整性逐漸喪失,土體強(qiáng)度和抗侵蝕能力都隨之降低,進(jìn)而導(dǎo)致土體的水土流失和邊坡的滑移失穩(wěn);導(dǎo)致丘陵山地邊坡,特別是農(nóng)村坡地道路和田土坎的滑移、崩塌。人民生產(chǎn)建設(shè)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與日益脆弱的生態(tài)環(huán)境對(duì)丘陵山地坡地加固工程和方法提出了適用性、高效性與環(huán)保的迫切需求。微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(microbial induced calcite precipitation,...
【文章來源】:西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:164 頁
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【部分圖文】:
邊坡滑移導(dǎo)致高速公路損毀
土地整治問題[2]。地質(zhì)、氣候與人為因素的共同影響不僅會(huì)導(dǎo)致表層土壤部分顆粒流失、土壤變薄,導(dǎo)致水土生態(tài)環(huán)境惡化,道路水毀、滑坡災(zāi)害頻發(fā),甚至產(chǎn)生大量泥沙淤積,加大了下游的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,給人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成巨大威脅[2-5]。每年都有大量的山區(qū)農(nóng)村公路受損[6],渝涪高速通車僅7個(gè)月,即發(fā)生崩塌、滑坡事故;長(zhǎng)江主航道上的雞扒子滑坡和新灘滑坡造成了數(shù)千萬元的經(jīng)濟(jì)損失,1982年云陽縣滑坡導(dǎo)致97人死亡,800多人重傷[7]。圖1-1邊坡滑移導(dǎo)致高速公路損毀圖1-2云陽縣庫區(qū)滑坡Fig.1-1DamageofruralroadsinChongqingFig.1-2LandslideinreservoirareaofYunyangCounty中國是世界上土壤侵蝕、水土流失災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一,三峽庫區(qū)的山體由于三峽大壩在蓄水和泄洪時(shí)形成的高低水位落差,會(huì)形成高度約為30米周期變化的消落帶,土壤多為水穩(wěn)性很差、極易水蝕的紫色土構(gòu)成[8-9]。而重慶又屬于三峽庫區(qū)最主要的位置范圍,重慶段庫區(qū)山體的水土流失對(duì)整個(gè)三峽庫區(qū)的水土流失情況影響巨大[10]。重慶段的紫色土多處于陡坡的狀態(tài),主要由中生代侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色砂泥巖在頻繁的風(fēng)化作用和侵蝕作用下發(fā)育形成的一種砂質(zhì)黏性紫色土,石英和長(zhǎng)石為主要的原生礦物,還包含蒙脫石、高嶺石以及蛭石等黏粒礦物成分,土體具有一定的濕脹干縮特性,容易在環(huán)境干濕交替作用下產(chǎn)生裂隙[11]。周期性的庫水位漲落、降雨形成的徑流以及裂隙中的潛流,會(huì)引起表層土顆粒的粒徑級(jí)配改變[12-14];同時(shí),消落帶影響范圍內(nèi)的土層浸水和失水的干濕交替時(shí),其內(nèi)部飽水狀態(tài)也會(huì)隨之飽和-非飽-飽和交替變化,土壤水力-力學(xué)特性隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)和飽水程度變化,循環(huán)交替作用,土體完整性逐漸喪失,土體抗侵蝕的能
西南大學(xué)博士學(xué)位論文2圖1-3農(nóng)業(yè)道路、邊坡的毀損Fig.1-3DamageofruralroadsandslopeinSichuan土壤侵蝕、水土流失和滑坡是地球內(nèi)、外營(yíng)力共同作用的結(jié)果,其中,外營(yíng)力來源主要包括土壤與大氣圈(日照、溫度等)、水圈(地表水、地下水等)和生物圈之間復(fù)雜的相互作用,在眾多水土流失、滑坡災(zāi)害中,土壤被侵蝕往往是其發(fā)生的基矗庫區(qū)重慶段紫色土地區(qū)泥巖風(fēng)化成土速度快、表土層雹粗粒徑砂土顆粒含量多等特點(diǎn),如圖1-4和圖1-5所示,本項(xiàng)目研究所用土樣均采集于此。經(jīng)室內(nèi)土壤顆粒分析試驗(yàn)和液塑限等基本物理指標(biāo)試驗(yàn)測(cè)定,重慶段紫色土的粒徑大于0.075mm的顆粒含量約占80%,按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011),屬于砂土;但該土的塑性指數(shù)為14.8,證明含有一定量的黏性土顆粒;經(jīng)過進(jìn)一步的滲透試驗(yàn)測(cè)定滲透系數(shù)基本處于10-4~10-5cm/s量級(jí);綜合建議將重慶段紫色土定義為砂質(zhì)黏性紫色土(sandyclayeypurplesoil)。圖1-4三峽庫區(qū)重慶段典型紫色土豎向剖面圖1-5距地表深度50cm處的破碎砂泥巖Fig.1-4VerticalprofileoftypicalpurplesoilinChongqingsectionofThreeGorgesReservoirAreaFig.1-5Brokensandstoneandmudstoneatadepthof50cmfromthesurface
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]上海地區(qū)淺層粉土滲透性與土體各參數(shù)的關(guān)系[J]. 魏誠寅. 地下空間與工程學(xué)報(bào). 2019(06)
[2]三峽庫區(qū)多年高水位運(yùn)行對(duì)消落帶狗牙根生長(zhǎng)恢復(fù)的影響[J]. 李強(qiáng),丁武泉,王書敏,朱啟紅,楊俊,柯勝錢,秦露,楊林靜,鄭捷月,孟燚雯. 生態(tài)學(xué)報(bào). 2020(03)
[3]微生物固化砂質(zhì)黏性紫色土的三軸抗剪強(qiáng)度與浸水抗壓強(qiáng)度[J]. 沈泰宇,李賢,汪時(shí)機(jī),許沖,薛樂. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019(21)
[4]水庫消落帶典型草本植物根系對(duì)土壤抗沖性能的影響[J]. 徐文秀,鮑玉海,韋杰,楊玲,賀秀斌,李進(jìn)林. 水土保持學(xué)報(bào). 2019(04)
[5]微生物礦化作用改善巖土材料性能的影響因素[J]. 尹黎陽,唐朝生,謝約翰,呂超,蔣寧俊,施斌. 巖土力學(xué). 2019(07)
[6]微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積加固有機(jī)質(zhì)黏土的試驗(yàn)研究[J]. 彭劼,溫智力,劉志明,孫益成,馮清鵬,何稼. 巖土工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[7]紫色土和黃壤草本根土復(fù)合體抗剪性能試驗(yàn)研究[J]. 王耕,周騰禹,韋杰. 中國水土保持. 2019(04)
[8]土體適用MICP技術(shù)的滲透特性條件研究[J]. 李賢,汪時(shí)機(jī),何丙輝,沈泰宇. 巖土力學(xué). 2019(08)
[9]微生物巖土技術(shù)及其應(yīng)用研究新進(jìn)展[J]. 劉漢龍,肖鵬,肖楊,楚劍. 土木與環(huán)境工程學(xué)報(bào)(中英文). 2019(01)
[10]不同水土保持措施對(duì)閩西紫色土速效養(yǎng)分及可蝕性的影響[J]. 陳俊佳,陳志彪,陳志強(qiáng),黃錦祥,張仁濤,陳海濱,蔣濤. 水土保持學(xué)報(bào). 2019(01)
博士論文
[1]中國不同地區(qū)尿素分解菌的分離篩選及其誘導(dǎo)碳酸鈣沉積能力的比較研究[D]. 孫鶯.蘭州大學(xué) 2017
[2]三峽庫區(qū)低等級(jí)土質(zhì)道路侵蝕及防護(hù)研究[D]. 劉窯軍.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[3]微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)固化土壤實(shí)驗(yàn)研究[D]. 趙茜.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2014
[4]植物籬對(duì)紫色土水土特性的效應(yīng)及作用機(jī)理[D]. 諶蕓.西南大學(xué) 2012
[5]土壤抗侵蝕指標(biāo)的建立及初步應(yīng)用[D]. 張振國.中國科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心) 2010
[6]不同尺度下紫色土水土流失效應(yīng)分析[D]. 陳曉燕.西南大學(xué) 2009
[7]紫色土丘陵區(qū)土壤及養(yǎng)分流失機(jī)制與預(yù)測(cè)模型研究[D]. 韓建剛.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2005
[8]三峽庫區(qū)水土流失空間尺度效應(yīng)及其尺度轉(zhuǎn)換研究[D]. 倪九派.西南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2005
[9]三峽庫區(qū)坡面水土流失機(jī)理與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)建模[D]. 傅濤.西南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2002
碩士論文
[1]山區(qū)高速公路坡面水土流失機(jī)理與預(yù)測(cè)模型研究[D]. 程艷飛.重慶大學(xué) 2015
[2]微生物成因土工材料實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究[D]. 沈吉云.清華大學(xué) 2009
本文編號(hào):2962021
【文章來源】:西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:164 頁
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【部分圖文】:
邊坡滑移導(dǎo)致高速公路損毀
土地整治問題[2]。地質(zhì)、氣候與人為因素的共同影響不僅會(huì)導(dǎo)致表層土壤部分顆粒流失、土壤變薄,導(dǎo)致水土生態(tài)環(huán)境惡化,道路水毀、滑坡災(zāi)害頻發(fā),甚至產(chǎn)生大量泥沙淤積,加大了下游的洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,給人民生命財(cái)產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)造成巨大威脅[2-5]。每年都有大量的山區(qū)農(nóng)村公路受損[6],渝涪高速通車僅7個(gè)月,即發(fā)生崩塌、滑坡事故;長(zhǎng)江主航道上的雞扒子滑坡和新灘滑坡造成了數(shù)千萬元的經(jīng)濟(jì)損失,1982年云陽縣滑坡導(dǎo)致97人死亡,800多人重傷[7]。圖1-1邊坡滑移導(dǎo)致高速公路損毀圖1-2云陽縣庫區(qū)滑坡Fig.1-1DamageofruralroadsinChongqingFig.1-2LandslideinreservoirareaofYunyangCounty中國是世界上土壤侵蝕、水土流失災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一,三峽庫區(qū)的山體由于三峽大壩在蓄水和泄洪時(shí)形成的高低水位落差,會(huì)形成高度約為30米周期變化的消落帶,土壤多為水穩(wěn)性很差、極易水蝕的紫色土構(gòu)成[8-9]。而重慶又屬于三峽庫區(qū)最主要的位置范圍,重慶段庫區(qū)山體的水土流失對(duì)整個(gè)三峽庫區(qū)的水土流失情況影響巨大[10]。重慶段的紫色土多處于陡坡的狀態(tài),主要由中生代侏羅紀(jì)沙溪廟組紫色砂泥巖在頻繁的風(fēng)化作用和侵蝕作用下發(fā)育形成的一種砂質(zhì)黏性紫色土,石英和長(zhǎng)石為主要的原生礦物,還包含蒙脫石、高嶺石以及蛭石等黏粒礦物成分,土體具有一定的濕脹干縮特性,容易在環(huán)境干濕交替作用下產(chǎn)生裂隙[11]。周期性的庫水位漲落、降雨形成的徑流以及裂隙中的潛流,會(huì)引起表層土顆粒的粒徑級(jí)配改變[12-14];同時(shí),消落帶影響范圍內(nèi)的土層浸水和失水的干濕交替時(shí),其內(nèi)部飽水狀態(tài)也會(huì)隨之飽和-非飽-飽和交替變化,土壤水力-力學(xué)特性隨著內(nèi)部結(jié)構(gòu)和飽水程度變化,循環(huán)交替作用,土體完整性逐漸喪失,土體抗侵蝕的能
西南大學(xué)博士學(xué)位論文2圖1-3農(nóng)業(yè)道路、邊坡的毀損Fig.1-3DamageofruralroadsandslopeinSichuan土壤侵蝕、水土流失和滑坡是地球內(nèi)、外營(yíng)力共同作用的結(jié)果,其中,外營(yíng)力來源主要包括土壤與大氣圈(日照、溫度等)、水圈(地表水、地下水等)和生物圈之間復(fù)雜的相互作用,在眾多水土流失、滑坡災(zāi)害中,土壤被侵蝕往往是其發(fā)生的基矗庫區(qū)重慶段紫色土地區(qū)泥巖風(fēng)化成土速度快、表土層雹粗粒徑砂土顆粒含量多等特點(diǎn),如圖1-4和圖1-5所示,本項(xiàng)目研究所用土樣均采集于此。經(jīng)室內(nèi)土壤顆粒分析試驗(yàn)和液塑限等基本物理指標(biāo)試驗(yàn)測(cè)定,重慶段紫色土的粒徑大于0.075mm的顆粒含量約占80%,按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2011),屬于砂土;但該土的塑性指數(shù)為14.8,證明含有一定量的黏性土顆粒;經(jīng)過進(jìn)一步的滲透試驗(yàn)測(cè)定滲透系數(shù)基本處于10-4~10-5cm/s量級(jí);綜合建議將重慶段紫色土定義為砂質(zhì)黏性紫色土(sandyclayeypurplesoil)。圖1-4三峽庫區(qū)重慶段典型紫色土豎向剖面圖1-5距地表深度50cm處的破碎砂泥巖Fig.1-4VerticalprofileoftypicalpurplesoilinChongqingsectionofThreeGorgesReservoirAreaFig.1-5Brokensandstoneandmudstoneatadepthof50cmfromthesurface
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]上海地區(qū)淺層粉土滲透性與土體各參數(shù)的關(guān)系[J]. 魏誠寅. 地下空間與工程學(xué)報(bào). 2019(06)
[2]三峽庫區(qū)多年高水位運(yùn)行對(duì)消落帶狗牙根生長(zhǎng)恢復(fù)的影響[J]. 李強(qiáng),丁武泉,王書敏,朱啟紅,楊俊,柯勝錢,秦露,楊林靜,鄭捷月,孟燚雯. 生態(tài)學(xué)報(bào). 2020(03)
[3]微生物固化砂質(zhì)黏性紫色土的三軸抗剪強(qiáng)度與浸水抗壓強(qiáng)度[J]. 沈泰宇,李賢,汪時(shí)機(jī),許沖,薛樂. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019(21)
[4]水庫消落帶典型草本植物根系對(duì)土壤抗沖性能的影響[J]. 徐文秀,鮑玉海,韋杰,楊玲,賀秀斌,李進(jìn)林. 水土保持學(xué)報(bào). 2019(04)
[5]微生物礦化作用改善巖土材料性能的影響因素[J]. 尹黎陽,唐朝生,謝約翰,呂超,蔣寧俊,施斌. 巖土力學(xué). 2019(07)
[6]微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積加固有機(jī)質(zhì)黏土的試驗(yàn)研究[J]. 彭劼,溫智力,劉志明,孫益成,馮清鵬,何稼. 巖土工程學(xué)報(bào). 2019(04)
[7]紫色土和黃壤草本根土復(fù)合體抗剪性能試驗(yàn)研究[J]. 王耕,周騰禹,韋杰. 中國水土保持. 2019(04)
[8]土體適用MICP技術(shù)的滲透特性條件研究[J]. 李賢,汪時(shí)機(jī),何丙輝,沈泰宇. 巖土力學(xué). 2019(08)
[9]微生物巖土技術(shù)及其應(yīng)用研究新進(jìn)展[J]. 劉漢龍,肖鵬,肖楊,楚劍. 土木與環(huán)境工程學(xué)報(bào)(中英文). 2019(01)
[10]不同水土保持措施對(duì)閩西紫色土速效養(yǎng)分及可蝕性的影響[J]. 陳俊佳,陳志彪,陳志強(qiáng),黃錦祥,張仁濤,陳海濱,蔣濤. 水土保持學(xué)報(bào). 2019(01)
博士論文
[1]中國不同地區(qū)尿素分解菌的分離篩選及其誘導(dǎo)碳酸鈣沉積能力的比較研究[D]. 孫鶯.蘭州大學(xué) 2017
[2]三峽庫區(qū)低等級(jí)土質(zhì)道路侵蝕及防護(hù)研究[D]. 劉窯軍.華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[3]微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉淀(MICP)固化土壤實(shí)驗(yàn)研究[D]. 趙茜.中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 2014
[4]植物籬對(duì)紫色土水土特性的效應(yīng)及作用機(jī)理[D]. 諶蕓.西南大學(xué) 2012
[5]土壤抗侵蝕指標(biāo)的建立及初步應(yīng)用[D]. 張振國.中國科學(xué)院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心) 2010
[6]不同尺度下紫色土水土流失效應(yīng)分析[D]. 陳曉燕.西南大學(xué) 2009
[7]紫色土丘陵區(qū)土壤及養(yǎng)分流失機(jī)制與預(yù)測(cè)模型研究[D]. 韓建剛.西北農(nóng)林科技大學(xué) 2005
[8]三峽庫區(qū)水土流失空間尺度效應(yīng)及其尺度轉(zhuǎn)換研究[D]. 倪九派.西南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2005
[9]三峽庫區(qū)坡面水土流失機(jī)理與預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)建模[D]. 傅濤.西南農(nóng)業(yè)大學(xué) 2002
碩士論文
[1]山區(qū)高速公路坡面水土流失機(jī)理與預(yù)測(cè)模型研究[D]. 程艷飛.重慶大學(xué) 2015
[2]微生物成因土工材料實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用研究[D]. 沈吉云.清華大學(xué) 2009
本文編號(hào):2962021
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