微生物灌浆固化紫色土的水力-力学特性及其强化机理研究
发布时间：2021-01-07 05:42
在地质、气候与人类活动的影响下,紫色土丘陵山区水土流失、滑坡等灾害频发,而土壤被侵蚀往往是其发生的基础。研究、治理紫色土侵蚀需从其机理出发,综合考虑地球内、外营力对紫色土共同作用的影响。紫色土侵蚀的内因主要是土壤颗粒间胶结物质含量少,土质松散;外因则与库区湿润的气候、丰沛的降雨条件和丘陵山地的起伏地形等因素密不可分,并且是多种外营力共同作用。库区重庆段周期性的库水位涨落、降雨形成的径流以及裂隙中的潜流,均会加剧土壤中胶结物质的冲刷与流失,引起土体表层土颗粒的粒径级配改变;同时,消落带影响范围内的土层浸水和失水干湿交替时,土体内部饱水状态也会随之饱和-非饱-饱和交替变化,土壤水力-力学特性随着内部结构和饱水状态变化,循环交替作用,土体完整性逐渐丧失,土体强度和抗侵蚀能力都随之降低,进而导致土体的水土流失和边坡的滑移失稳;导致丘陵山地边坡,特别是农村坡地道路和田土坎的滑移、崩塌。人民生产建设、社会经济发展与日益脆弱的生态环境对丘陵山地坡地加固工程和方法提出了适用性、高效性与环保的迫切需求。微生物诱导碳酸钙沉淀（microbial induced calcite precipitation,...
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边坡滑移导致高速公路损毁
土地整治问题[2]。地质、气候与人为因素的共同影响不仅会导致表层土壤部分颗粒流失、土壤变薄，导致水土生态环境恶化，道路水毁、滑坡灾害频发，甚至产生大量泥沙淤积，加大了下游的洪灾风险，严重制约了当地生产生活和经济的可持续发展，给人民生命财产和经济建设造成巨大威胁[2-5]。每年都有大量的山区农村公路受损[6]，渝涪高速通车仅7个月，即发生崩塌、滑坡事故；长江主航道上的鸡扒子滑坡和新滩滑坡造成了数千万元的经济损失，1982年云阳县滑坡导致97人死亡,800多人重伤[7]。图1-1边坡滑移导致高速公路损毁图1-2云阳县库区滑坡Fig.1-1DamageofruralroadsinChongqingFig.1-2LandslideinreservoirareaofYunyangCounty中国是世界上土壤侵蚀、水土流失灾害最严重的国家之一，三峡库区的山体由于三峡大坝在蓄水和泄洪时形成的高低水位落差，会形成高度约为30米周期变化的消落带，土壤多为水稳性很差、极易水蚀的紫色土构成[8-9]。而重庆又属于三峡库区最主要的位置范围，重庆段库区山体的水土流失对整个三峡库区的水土流失情况影响巨大[10]。重庆段的紫色土多处于陡坡的状态，主要由中生代侏罗纪沙溪庙组紫色砂泥岩在频繁的风化作用和侵蚀作用下发育形成的一种砂质黏性紫色土，石英和长石为主要的原生矿物，还包含蒙脱石、高岭石以及蛭石等黏粒矿物成分，土体具有一定的湿胀干缩特性，容易在环境干湿交替作用下产生裂隙[11]。周期性的库水位涨落、降雨形成的径流以及裂隙中的潜流，会引起表层土颗粒的粒径级配改变[12-14]；同时，消落带影响范围内的土层浸水和失水的干湿交替时，其内部饱水状态也会随之饱和-非饱-饱和交替变化，土壤水力-力学特性随着内部结构和饱水程度变化，循环交替作用，土体完整性逐渐丧失，土体抗侵蚀的能
西南大学博士学位论文2图1-3农业道路、边坡的毁损Fig.1-3DamageofruralroadsandslopeinSichuan土壤侵蚀、水土流失和滑坡是地球内、外营力共同作用的结果，其中，外营力来源主要包括土壤与大气圈（日照、温度等）、水圈（地表水、地下水等）和生物圈之间复杂的相互作用，在众多水土流失、滑坡灾害中，土壤被侵蚀往往是其发生的基矗库区重庆段紫色土地区泥岩风化成土速度快、表土层雹粗粒径砂土颗粒含量多等特点，如图1-4和图1-5所示，本项目研究所用土样均采集于此。经室内土壤颗粒分析试验和液塑限等基本物理指标试验测定，重庆段紫色土的粒径大于0.075mm的颗粒含量约占80%，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)，属于砂土；但该土的塑性指数为14.8，证明含有一定量的黏性土颗粒；经过进一步的渗透试验测定渗透系数基本处于10-4~10-5cm/s量级；综合建议将重庆段紫色土定义为砂质黏性紫色土（sandyclayeypurplesoil）。图1-4三峡库区重庆段典型紫色土竖向剖面图1-5距地表深度50cm处的破碎砂泥岩Fig.1-4VerticalprofileoftypicalpurplesoilinChongqingsectionofThreeGorgesReservoirAreaFig.1-5Brokensandstoneandmudstoneatadepthof50cmfromthesurface
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海地区浅层粉土渗透性与土体各参数的关系[J]. 魏诚寅. 地下空间与工程学报. 2019(06)
[2]三峡库区多年高水位运行对消落带狗牙根生长恢复的影响[J]. 李强,丁武泉,王书敏,朱启红,杨俊,柯胜钱,秦露,杨林静,郑捷月,孟燚雯. 生态学报. 2020(03)
[3]微生物固化砂质黏性紫色土的三轴抗剪强度与浸水抗压强度[J]. 沈泰宇,李贤,汪时机,许冲,薛乐. 农业工程学报. 2019(21)
[4]水库消落带典型草本植物根系对土壤抗冲性能的影响[J]. 徐文秀,鲍玉海,韦杰,杨玲,贺秀斌,李进林. 水土保持学报. 2019(04)
[5]微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素[J]. 尹黎阳,唐朝生,谢约翰,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土力学. 2019(07)
[6]微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究[J]. 彭劼,温智力,刘志明,孙益成,冯清鹏,何稼. 岩土工程学报. 2019(04)
[7]紫色土和黄壤草本根土复合体抗剪性能试验研究[J]. 王耕,周腾禹,韦杰. 中国水土保持. 2019(04)
[8]土体适用MICP技术的渗透特性条件研究[J]. 李贤,汪时机,何丙辉,沈泰宇. 岩土力学. 2019(08)
[9]微生物岩土技术及其应用研究新进展[J]. 刘汉龙,肖鹏,肖杨,楚剑. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(01)
[10]不同水土保持措施对闽西紫色土速效养分及可蚀性的影响[J]. 陈俊佳,陈志彪,陈志强,黄锦祥,张仁涛,陈海滨,蒋涛. 水土保持学报. 2019(01)
博士论文
[1]中国不同地区尿素分解菌的分离筛选及其诱导碳酸钙沉积能力的比较研究[D]. 孙莺.兰州大学 2017
[2]三峡库区低等级土质道路侵蚀及防护研究[D]. 刘窑军.华中农业大学 2014
[3]微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究[D]. 赵茜.中国地质大学（北京） 2014
[4]植物篱对紫色土水土特性的效应及作用机理[D]. 谌芸.西南大学 2012
[5]土壤抗侵蚀指标的建立及初步应用[D]. 张振国.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2010
[6]不同尺度下紫色土水土流失效应分析[D]. 陈晓燕.西南大学 2009
[7]紫色土丘陵区土壤及养分流失机制与预测模型研究[D]. 韩建刚.西北农林科技大学 2005
[8]三峡库区水土流失空间尺度效应及其尺度转换研究[D]. 倪九派.西南农业大学 2005
[9]三峡库区坡面水土流失机理与预测评价建模[D]. 傅涛.西南农业大学 2002
硕士论文
[1]山区高速公路坡面水土流失机理与预测模型研究[D]. 程艳飞.重庆大学 2015
[2]微生物成因土工材料实验及应用研究[D]. 沈吉云.清华大学 2009
本文编号：2962021
【文章来源】：西南大学重庆市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：164 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
边坡滑移导致高速公路损毁
土地整治问题[2]。地质、气候与人为因素的共同影响不仅会导致表层土壤部分颗粒流失、土壤变薄，导致水土生态环境恶化，道路水毁、滑坡灾害频发，甚至产生大量泥沙淤积，加大了下游的洪灾风险，严重制约了当地生产生活和经济的可持续发展，给人民生命财产和经济建设造成巨大威胁[2-5]。每年都有大量的山区农村公路受损[6]，渝涪高速通车仅7个月，即发生崩塌、滑坡事故；长江主航道上的鸡扒子滑坡和新滩滑坡造成了数千万元的经济损失，1982年云阳县滑坡导致97人死亡,800多人重伤[7]。图1-1边坡滑移导致高速公路损毁图1-2云阳县库区滑坡Fig.1-1DamageofruralroadsinChongqingFig.1-2LandslideinreservoirareaofYunyangCounty中国是世界上土壤侵蚀、水土流失灾害最严重的国家之一，三峡库区的山体由于三峡大坝在蓄水和泄洪时形成的高低水位落差，会形成高度约为30米周期变化的消落带，土壤多为水稳性很差、极易水蚀的紫色土构成[8-9]。而重庆又属于三峡库区最主要的位置范围，重庆段库区山体的水土流失对整个三峡库区的水土流失情况影响巨大[10]。重庆段的紫色土多处于陡坡的状态，主要由中生代侏罗纪沙溪庙组紫色砂泥岩在频繁的风化作用和侵蚀作用下发育形成的一种砂质黏性紫色土，石英和长石为主要的原生矿物，还包含蒙脱石、高岭石以及蛭石等黏粒矿物成分，土体具有一定的湿胀干缩特性，容易在环境干湿交替作用下产生裂隙[11]。周期性的库水位涨落、降雨形成的径流以及裂隙中的潜流，会引起表层土颗粒的粒径级配改变[12-14]；同时，消落带影响范围内的土层浸水和失水的干湿交替时，其内部饱水状态也会随之饱和-非饱-饱和交替变化，土壤水力-力学特性随着内部结构和饱水程度变化，循环交替作用，土体完整性逐渐丧失，土体抗侵蚀的能
西南大学博士学位论文2图1-3农业道路、边坡的毁损Fig.1-3DamageofruralroadsandslopeinSichuan土壤侵蚀、水土流失和滑坡是地球内、外营力共同作用的结果，其中，外营力来源主要包括土壤与大气圈（日照、温度等）、水圈（地表水、地下水等）和生物圈之间复杂的相互作用，在众多水土流失、滑坡灾害中，土壤被侵蚀往往是其发生的基矗库区重庆段紫色土地区泥岩风化成土速度快、表土层雹粗粒径砂土颗粒含量多等特点，如图1-4和图1-5所示，本项目研究所用土样均采集于此。经室内土壤颗粒分析试验和液塑限等基本物理指标试验测定，重庆段紫色土的粒径大于0.075mm的颗粒含量约占80%，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)，属于砂土；但该土的塑性指数为14.8，证明含有一定量的黏性土颗粒；经过进一步的渗透试验测定渗透系数基本处于10-4~10-5cm/s量级；综合建议将重庆段紫色土定义为砂质黏性紫色土（sandyclayeypurplesoil）。图1-4三峡库区重庆段典型紫色土竖向剖面图1-5距地表深度50cm处的破碎砂泥岩Fig.1-4VerticalprofileoftypicalpurplesoilinChongqingsectionofThreeGorgesReservoirAreaFig.1-5Brokensandstoneandmudstoneatadepthof50cmfromthesurface
【参考文献】：
期刊论文
[1]上海地区浅层粉土渗透性与土体各参数的关系[J]. 魏诚寅. 地下空间与工程学报. 2019(06)
[2]三峡库区多年高水位运行对消落带狗牙根生长恢复的影响[J]. 李强,丁武泉,王书敏,朱启红,杨俊,柯胜钱,秦露,杨林静,郑捷月,孟燚雯. 生态学报. 2020(03)
[3]微生物固化砂质黏性紫色土的三轴抗剪强度与浸水抗压强度[J]. 沈泰宇,李贤,汪时机,许冲,薛乐. 农业工程学报. 2019(21)
[4]水库消落带典型草本植物根系对土壤抗冲性能的影响[J]. 徐文秀,鲍玉海,韦杰,杨玲,贺秀斌,李进林. 水土保持学报. 2019(04)
[5]微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素[J]. 尹黎阳,唐朝生,谢约翰,吕超,蒋宁俊,施斌. 岩土力学. 2019(07)
[6]微生物诱导碳酸钙沉积加固有机质黏土的试验研究[J]. 彭劼,温智力,刘志明,孙益成,冯清鹏,何稼. 岩土工程学报. 2019(04)
[7]紫色土和黄壤草本根土复合体抗剪性能试验研究[J]. 王耕,周腾禹,韦杰. 中国水土保持. 2019(04)
[8]土体适用MICP技术的渗透特性条件研究[J]. 李贤,汪时机,何丙辉,沈泰宇. 岩土力学. 2019(08)
[9]微生物岩土技术及其应用研究新进展[J]. 刘汉龙,肖鹏,肖杨,楚剑. 土木与环境工程学报(中英文). 2019(01)
[10]不同水土保持措施对闽西紫色土速效养分及可蚀性的影响[J]. 陈俊佳,陈志彪,陈志强,黄锦祥,张仁涛,陈海滨,蒋涛. 水土保持学报. 2019(01)
博士论文
[1]中国不同地区尿素分解菌的分离筛选及其诱导碳酸钙沉积能力的比较研究[D]. 孙莺.兰州大学 2017
[2]三峡库区低等级土质道路侵蚀及防护研究[D]. 刘窑军.华中农业大学 2014
[3]微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP）固化土壤实验研究[D]. 赵茜.中国地质大学（北京） 2014
[4]植物篱对紫色土水土特性的效应及作用机理[D]. 谌芸.西南大学 2012
[5]土壤抗侵蚀指标的建立及初步应用[D]. 张振国.中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心） 2010
[6]不同尺度下紫色土水土流失效应分析[D]. 陈晓燕.西南大学 2009
[7]紫色土丘陵区土壤及养分流失机制与预测模型研究[D]. 韩建刚.西北农林科技大学 2005
[8]三峡库区水土流失空间尺度效应及其尺度转换研究[D]. 倪九派.西南农业大学 2005
[9]三峡库区坡面水土流失机理与预测评价建模[D]. 傅涛.西南农业大学 2002
硕士论文
[1]山区高速公路坡面水土流失机理与预测模型研究[D]. 程艳飞.重庆大学 2015
[2]微生物成因土工材料实验及应用研究[D]. 沈吉云.清华大学 2009
本文编号：2962021
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