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开挖黄土高边坡的应力路径及变形破坏机制分析

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岩土力学 2014年第S2期35卷 548-555页

作者：侯晓坤李同录李萍长安大学地质工程与测绘学院西安710054 中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部黄土地质灾害重点试验室西安710054

采用室内试验与数值计算相结合的方法研究开挖形成的黄土高边坡的稳定性及破坏机制。以甘肃环县华能电厂人工高边坡为例,采用线弹性有限元模拟分级开挖过程中潜在破坏面上的应力路径,在边坡上取代表性土样,参考此应力路径做天然含水率... 详细信息

采用室内试验与数值计算相结合的方法研究开挖形成的黄土高边坡的稳定性及破坏机制。以甘肃环县华能电厂人工高边坡为例,采用线弹性有限元模拟分级开挖过程中潜在破坏面上的应力路径,在边坡上取代表性土样,参考此应力路径做天然含水率和饱和含水率下的三轴试验。依据试验所得强度参数,建立不同开挖坡比下的弹塑性有限元模型,计算各开挖阶段潜在滑动面上土体的应力状态,揭示边坡的破坏机制。结果表明,开挖过程中边坡潜在破坏面上土体应力路径为平均应力减小,剪应力先减小、后增大;开挖过程对潜在破坏面作用为先卸载、后加载,当开挖坡比较大时,高边坡坡肩处先发生屈服破坏,屈服范围随着开挖深度的增大逐渐向下扩展,直至形成连通的屈服面,为典型的推移式破坏模式。

关键词：黄土高边坡开挖应力路径三轴剪切试验有限元推移式破坏模式

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黄土非饱和湿陷变形特性研究

黄土非饱和湿陷变形特性研究

作者：侯晓坤长安大学

学位级别：硕士

黄土的湿陷变形通常是通过室内试验测得湿陷系数计算或原位浸水试验直接观测获得。现场浸水试验结果准确,但成本高,时间长。绝大部分工程是根据规范,使用室内试验湿陷系数来计算。然而计算值和实测值之间往往存在很大差异,这一方面是由... 详细信息

黄土的湿陷变形通常是通过室内试验测得湿陷系数计算或原位浸水试验直接观测获得。现场浸水试验结果准确,但成本高,时间长。绝大部分工程是根据规范,使用室内试验湿陷系数来计算。然而计算值和实测值之间往往存在很大差异,这一方面是由于湿陷系数是在饱和状态下测得,而实际上土体含水量增加到某一值时即可发生湿陷;另一方面原位浸水试验结果表明湿陷变形总量会随时间变化,停渗期也有沉降变形,表明湿陷变形同水分在土体中的入渗有关,忽略时间因素也会造成差异。黄土是一种典型的非饱和土,本文根据非饱和渗透和非饱和变形理论,提出了一种非饱和湿陷变形随时间变化的计算模型。用此模型计算了黑方台地区自1967年灌溉以来的年沉降量和累积沉降量,并同相关文献资料的得到的沉降量进行了对比。此外还利用显微镜对原状和不同含水率压缩后的土样进行了细观结构分析,探讨了细观结构同宏观物理力学性质的关系。在黑方台非灌区挖井取样测定了土体的基本物理参数沿深度的分布情况,据此对该黄土分层,每层取样进行了不同含水率土样的侧限压缩试验和土水特征曲线的测定,获得计算模型所需参数。建立了非饱和渗透模型,得到每年不同灌溉阶段土层孔隙水压力沿深度的分布情况,获得差值,进行沉降变形的计算。结果表明自1967年灌溉以来,累积沉降变形达1.91m,同取样点位置处台面的下降量2.01m接近;地下水水位上升前,年沉降量较大,其中1967年的沉降变形最大,高达0.4m,之后逐渐降低;地下水水位开始上升后后年沉降量在20-40mm之间波动,2007年以来年沉降量在20-30mm之间,这同相关文献资料研究成果相一致借助显微镜得到了到每层土体原状样和900kPa压力变形稳定后不同含水率土体的细观结构。原状样的孔隙大小和数量直接决定了土样的孔隙比和干密度,而孔隙分布特点则影响土体的土水特征曲线,体积含水率相同,大孔隙和中孔隙含量百分数越大,土体基质吸力越小。900kPa压力下变形稳定后,随着含水率的增大,百分数最大的孔径减小,微孔隙增多。每层不同含水率土体压缩变形稳定后具有相同的孔隙分布特征。反映土体变形的参数主要受原状样孔隙分布影响,大孔隙和中孔隙含量越高,湿陷系数越大。

关键词：黄土湿陷性计算模型非饱和渗透非饱和变形细观结构

扶贫背景下的蚕桑产业发展探讨 ——以汝州市焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园为例

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扶贫背景下的蚕桑产业发展探讨 ——以汝州市焦村镇邢村移民创业...

作者：侯晓坤河南农业大学

学位级别：硕士

我国是世界桑蚕文明的发源地,桑蚕业已有5000多年的发展历史。丝绸之路的开辟,使得古代中国在陆上、海上对外贸易日渐兴盛。丝绸贸易的兴盛极大促进了社会经济的发展。由于战争等原因,宋代以后,蚕桑业中心南移,中原地区蚕桑业发展逐步落... 详细信息

我国是世界桑蚕文明的发源地,桑蚕业已有5000多年的发展历史。丝绸之路的开辟,使得古代中国在陆上、海上对外贸易日渐兴盛。丝绸贸易的兴盛极大促进了社会经济的发展。由于战争等原因,宋代以后,蚕桑业中心南移,中原地区蚕桑业发展逐步落后,再加上当地农民收入普遍较低,农村劳动力外流致使大量农田被荒置,更使得当地的蚕桑业发展面临巨大考验。随着新中国成立及后来的改革开放,政府加大对各地桑蚕业的支持力度,调整产业布局,近年来的蚕桑业逐步呈现“东桑西移”“南桑北移”的发展格局。因蚕桑产业具有收益快、稳定且可持续的明显优势,发展蚕桑产业能够有效提升区域经济,带动扶贫工作高效的开展,帮助地区农户脱贫,实现乡村振兴。故而桑蚕业已逐步成为精准扶贫背景下的重点发展产业。本文以焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园为例探讨了扶贫背景下的蚕桑业发展。通过文献资料的整理,解读乡村振兴、扶贫政策背景下蚕桑业作为精准扶贫产业的机理和优势,通过研究国内外新桑产业的发展和现状,现场勘察,对焦村镇邢村地区区位等因素综合分析,结合SWOT分析结论,总结出建设焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园的原则和规划目标:(1)围绕农民增收、企业增效,创新经营机制,完善服务体系,引进龙头企业,提升蚕桑生产能力,最大化提升农民参与度,使其能够实现自主创业,发展蚕桑产业。(2)建设标准化生态高产桑园,切实提高科学养蚕水平,完善养蚕配套设施,健全技术服务体系,将蚕桑业打造成一个可持续发展的循环经济产业。(3)引入传统的种养结合模式和多种经济生产模式相结合,增加蚕桑附加产品值,实现蚕桑产业更加多元化的开发,让产品链不断地延长和拓宽,充分开发蚕桑产业的多元经济化效益。如开发多种特色蚕桑加工产品同时,开发休闲旅游产业,提供采摘园场地等服务,让旅客体验种桑养蚕的文化生活,这对于贫困地区来说能够有效提高当地的经济发展水平。最后,原则和建设目标的指导下,确定了焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园的主要建设内容与分期规划,形成“一园四区一办”的产业园分区与空间布局,总体建设方案中还包括道路系统、电力系统、水系系统及基础设施规划,重点对养蚕大棚和小蚕共育室进行专项规划,并对桑树栽植成园进行科学研究和阐述。预估项目在进行投资建设过程中所需要花费的成本和产业园产生的经济效益、社会效益、生态效益。通过理论和实践的结合,完成焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园的建设,以期促进区域经济发展,实现脱贫,助力乡村振兴,也能为其他地区蚕桑产业的发展提供一定的借鉴。

关键词：蚕桑产业产业扶贫汝州市焦村镇邢村移民创业蚕桑产业园

用孔隙分布曲线预测压实黄土非饱和渗透曲线及其适用范围的探讨

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岩土力学 2021年第9期42卷 2395-2404页

作者：李燕李同录侯晓坤李华张杰长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 黄土高原水循环与地质环境教育部野外科学观测研究站甘肃正宁745399 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 武警工程大学装备管理与保障学院陕西西安710086

土体非饱和渗透曲线受其孔隙分布的控制,因此可以用孔隙分布曲线预测渗透曲线。为了探讨这一方法对压实黄土的适用范围,制备了3组不同干密度的压实黄土样,通过压汞试验测得土样的孔隙分布(pore-size distribution,简称PSD)曲线,用课题... 详细信息

土体非饱和渗透曲线受其孔隙分布的控制,因此可以用孔隙分布曲线预测渗透曲线。为了探讨这一方法对压实黄土的适用范围,制备了3组不同干密度的压实黄土样,通过压汞试验测得土样的孔隙分布(pore-size distribution,简称PSD)曲线,用课题组设计的小型土柱设备测定了其非饱和渗透曲线。利用PSD曲线预测渗透曲线,并与实测数据进行对比。结果表明:压实黄土的渗透曲线可分为由毛细水主导的低基质吸力阶段和由吸附水主导的高基质吸力阶段。在低吸力段,3组土样的渗透曲线差异较大,而在高吸力段3组土样的渗透曲线重合,表明高吸力段的渗透性和干密度无关。此外,3组土样的预测结果和实测数据在低吸力段吻合较好,在高吸力段预测结果小于实测结果。从PSD曲线的预测原理可见,该方法适合毛细水不适合吸附水。为此对高吸力段渗透曲线提出了修正方法,修正后的曲线可描述全基质吸力范围内的渗透曲线。

关键词：压实黄土瞬态剖面法孔隙分布曲线非饱和渗透曲线预测方法

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非饱和黄土中降雨入渗规律的现场监测研究

中南大学学报（自然科学版） 2014年第10期45卷 3551-3560页

作者：李萍李同录付昱凯常维侯晓坤梁燕长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 长安大学公路学院陕西西安710064

在甘肃省正宁县建立一监测站,对天然降雨入渗后的10.0 m深度范围内土壤含水率变化进行全年观测,结合降雨量、蒸发量及气温数据分析黄土中的水分迁移规律。研究结果表明:研究区土壤中水分通过降雨补给,蒸发排泄;1.2 m内土壤水分受降雨和... 详细信息

在甘肃省正宁县建立一监测站,对天然降雨入渗后的10.0 m深度范围内土壤含水率变化进行全年观测,结合降雨量、蒸发量及气温数据分析黄土中的水分迁移规律。研究结果表明:研究区土壤中水分通过降雨补给,蒸发排泄;1.2 m内土壤水分受降雨和蒸发影响较大,具有周年的背景变化趋势,当降雨量小于18mm/d时,水分仅在表层循环,土壤含水率在其背景趋势上波动很小,大于该值时,才会引起土壤含水率骤升,该趋势和蒸发量的变化趋势吻合;降雨量越大,土壤含水率增幅越大,影响深度越大,随着深度增加,增幅减小,时间上渐有滞后。深部的非饱和黄土中,水分以非饱和渗流或水汽形式迁移,水汽迁移量很小,因此土壤含水率增幅小且非周年性变化,遇到透水性差的土层时,会在其顶部富集,利用有限元软件模拟降雨入渗过程,模拟结果也很好地反映了这一规律。

关键词：黄土降雨入渗影响深度水分迁移降雨量蒸发量数值模拟

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水致黄土深层滑坡灾变机理

工程地质学报 2018年第5期26卷 1113-1120页

作者：李同录习羽侯晓坤长安大学地质工程与测绘学院西安710054 渥太华大学土木工程系

在黄土地区,雨后观测和人工降雨试验均表明地表水在黄土中的入渗深度有限,并不影响黄土深部的含水率。因此水分入渗是否直接造成斜坡深层滑移颇受争议。本文通过黄土地区自然降雨条件下的现场观测,发现地表水在黄土中的入渗沿垂直剖面... 详细信息

在黄土地区,雨后观测和人工降雨试验均表明地表水在黄土中的入渗深度有限,并不影响黄土深部的含水率。因此水分入渗是否直接造成斜坡深层滑移颇受争议。本文通过黄土地区自然降雨条件下的现场观测,发现地表水在黄土中的入渗沿垂直剖面可以划分为3个带:即活动带,稳定带和饱和带。活动带受大气降雨和蒸发的影响,为瞬态流,向下则转化为稳定流;稳定带含水率不变,但仍有稳定的水分运移至地下水位。地下水以下降泉的形式排泄。在入渗和排泄条件长期不变的情况下,地下水位可维持动态平衡。若地表入渗量加大,如灌溉或管道漏水等,稳定带含水率升高,并伴随地下水位抬升,以达到新的平衡,此水文动态转化过程会诱发滑坡。以延炼滑坡为例,分析了长期地表水间歇性滴渗条件下,边坡的水力动态变化过程,及其对边坡稳定性的影响。观测及分析结果表明,黄土深层滑坡主要与地表水入渗导致的地下水位抬升有关,由于其过程缓慢,容易被忽视而致灾。

关键词：非饱和黄土水分入渗稳定带深层滑坡

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强度随深度线性增长的不排水土坡稳定性分析

水文地质工程地质 2016年第3期43卷 59-65页

作者：李萍张倩侯晓坤李同录长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 中国地质调查局西安地质调查中心/国土资源部黄土地质灾害重点试验室陕西西安710054

土在自然沉积的历史中,强度的形成主要受自重应力影响,因此许多学者发现黏性土的不排水抗剪强度有随埋深线性增长的特点。本文用弹塑性有限元结合强度折减法计算了全淹没、部分淹没和不浸水3种工况下不排水边坡在抗剪强度随深度线性增... 详细信息

土在自然沉积的历史中,强度的形成主要受自重应力影响,因此许多学者发现黏性土的不排水抗剪强度有随埋深线性增长的特点。本文用弹塑性有限元结合强度折减法计算了全淹没、部分淹没和不浸水3种工况下不排水边坡在抗剪强度随深度线性增长条件下的稳定系数,利用稳定系数反演了稳定数。结果表明,对于全淹没和不浸水的边坡,有限元计算的稳定数和Hunter&Schuster的结果非常吻合。当部分淹没时,与美国陆军工程师团推荐算法所得结果差异较大,稳定系数的偏差在黏聚力增长梯度大时,可达30%。为此,本文基于弹塑性有限元的计算结果,提供了新的稳定数图谱,校正了美国陆军工程师团的方法。

关键词：不排水边坡抗剪强度线性增长稳定数弹塑性有限元

高边坡开挖应力路径下黄土变形和强度特性的试验研究

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工程地质学报 2016年第6期24卷 1214-1221页

作者：侯晓坤李同录李华李萍长安大学地质工程与测绘学院西安710054

为了探究高边坡开挖路径下黄土的力学性质,首先采用线弹性有限元法模拟一高150m的人工边坡在开挖条件下,潜在破坏区黄土的应力路径。据此路径分别对天然和饱和试样做了三轴固结不排水试验,并做了相同固结应力的加载应力路径试验(CTC)。... 详细信息

为了探究高边坡开挖路径下黄土的力学性质,首先采用线弹性有限元法模拟一高150m的人工边坡在开挖条件下,潜在破坏区黄土的应力路径。据此路径分别对天然和饱和试样做了三轴固结不排水试验,并做了相同固结应力的加载应力路径试验(CTC)。结果表明开挖应力路径下饱和试样的应力应变关系为应变软化,天然试样为应变硬化;CTC试验条件下,饱和试样应力应变也为应变软化,天然试样亦为应变硬化,但硬化比开挖应力路径明显。上述两种试验条件下,饱和试样的有效应力路径接近,强度包络线相同,有效强度参数相同;天然试样则不同,强度包络线近似平行,开挖应力路径下有效黏聚力c'高于CTC,有效内摩擦角φ'相差不大。实际工程中获取土体变形和强度性质时应考虑应力路径和含水率的影响。

关键词：黄土高边坡应力路径应力应变临界状态线有效强度参数

甘肃Q_3原状黄土的微观结构对其土-水特征曲线的影响

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水利学报 2016年第10期47卷 1307-1314页

作者：侯晓坤李同录谢萧晁建红赵权利张常亮长安大学地质工程与测绘学院陕西西安710054 中国地质调查局西安地质调查中心国土资源部黄土地质灾害重点试验室陕西西安710054

为了探究原状黄土土-水特征曲线与土样微观结构之间的关系,对甘肃黑方台不同埋深Q_3原状黄土进行了基本物理指标的测试,张力计法测得其土-水特征曲线,并利用Fredlund&Xing模型对土-水特征曲线进行了拟合。采用光学显微镜和Photoshop合... 详细信息

为了探究原状黄土土-水特征曲线与土样微观结构之间的关系,对甘肃黑方台不同埋深Q_3原状黄土进行了基本物理指标的测试,张力计法测得其土-水特征曲线,并利用Fredlund&Xing模型对土-水特征曲线进行了拟合。采用光学显微镜和Photoshop合成技术获得了不同埋深土样的微观结构,统计得到孔隙累积级配曲线和分布曲线。结果表明不同埋深Q_3黄土,颗粒组成相同;其土水特征曲线,在饱和区,相同基质吸力下土样埋深(干密度)越大,体积含水率越小;而在过渡区,体积含水率则越大;在残余区,土水特征曲线几乎重合,这种差异主要是由土样的孔隙分布特征所控制。最后根据土样的分布曲线建立了黄土土水特征的本构关系,其预测值同实测值基本吻合。

关键词：黄土土-水特征曲线微观结构孔隙分布曲线