岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (6): 1709-1719.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1150

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

黄土微观结构优先连通模型及其对优先渗流的意义

潘网生1,赵恬茵1,李鑫2   

  1. 1. 黔南民族师范学院 旅游与资源环境学院,贵州 都匀 558000;2. 石家庄铁道大学 土木工程学院,河北 石家庄050043
  • 收稿日期:2023-07-30 接受日期:2023-10-19 出版日期:2024-06-19 发布日期:2024-06-19
  • 作者简介:潘网生,男,1975年生,博士,副教授,主要从事黄土优先流与黄土地质灾害等方面的研究。E-mail: 450392404@qq.com
  • 基金资助:
    黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室基金课题(A314021402-202113);中央引导地方科技发展资金项目(No.236Z5405G);河北省自然科学基金(No.E2021210092);黔南民族师范学院支持引进高层次人才研究专项项目(2021qnsyrc03);黔南民族师范学院2024年度重点研究科研能力提升项目(2024zdzk07)。

Priority connectivity model of loess microstructure and its significance for preferential flow

PAN Wang-sheng1, ZHAO Tian-yin1, LI Xin2   

  1. 1. School of Tourism and Resources Environment, Qiannan Normal University for Nationalites, Duyun, Guizhou 558000, China; 2. School of Civil Engineering, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, Hebei 050043, China
  • Received:2023-07-30 Accepted:2023-10-19 Online:2024-06-19 Published:2024-06-19
  • Supported by:
    This work was supported by the Fund Program of State Key Laboratory of Soil Erosion and Dryland Farming on the Loess Plateau (A314021402-202113), the Central Leading Local Science and Technology Development Fund Program (236Z5405G), the Natural Science Foundation of Hebei Province (E2021210092), the High-level Talent Research Project of Qiannan Normal University for Nationalities (2021qnsyrc03) and the 2024 Key Research and Capacity Improvement Project of Qiannan Normal University for Nationalities(2024zdzk07).

摘要: 开展黄土微观结构研究有助于揭示宏细观黄土体渗流、黄土滑坡滑动面形成机制和过程。构建了含裂隙和不含裂隙两类黄土微观结构连通模型,探讨了孔隙连通率 p、孔隙变异系数λ 、裂隙最大跨度ω 及裂隙网络贯通率q 等参数之间的关系,并通过黄土微观结构扫描式电子显微镜试验和野外渗流试验对两类模型的连通阈值进行了验证。结果表明:裂隙的存在,特别是其跨度大小,对黄土孔隙形态大小及其分布特征具有重要影响;裂隙是优先流的重要通道,是较低孔隙率条件下发生黄土优先流的重要原因;黄土微观结构优先连通模型研究结论与黄土渗流试验结论基本吻合,揭示了泾阳南塬“漫灌式”灌溉行为对含裂缝的高陡边坡稳定性的不利影响以及东风村、蒋刘村等大型滑坡发生的根本原因。

关键词: 黄土, 优先流, 连通性, 微观结构, 地理信息系统

Abstract: Investigation of loess microstructure can reveal information on the seepage of loess masses and the formation and evolution of sliding surfaces in loess landslides at both macroscopic and mesoscopic levels. A loess microstructure connectivity model, both with and without fractures, is established to investigate the relationships among pore connectivity p, pore variation coefficient λ , maximum fracture span ω , and fracture network penetration q. The connectivity thresholds of these two models are verified through scanning electron microscopy analysis and field seepage tests of loess microstructure. The results show that the existence of fractures, especially their time spans, substantially affects the morphology, size, and distribution of pores in loess. Fractures are important channels for preferential flow and significant contributors to loess preferential seepage under low porosities. The research conclusions from the loess microstructure preferential connectivity model studies agree with the loess seepage test results. These results explain the negative effects of the “flooding-type” irrigation in Nanyuan, Jingyang County, on the stability of high-angle slopes containing fractures and the occurrence of major landslides in Dongfeng and Jiangliu villages.

Key words: loess, preferential flow, connectivity, microstructure, geographic information system(GIS)

中图分类号: TU444
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