沙土内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的关系

沙的摩擦性质是影响沙丘形态的重要因素之一,研究沙土内摩擦角对于探讨床面沙波形态、沙丘流动性、沙丘稳定性、沙丘防护等都具有实际意义。本文实验研究了内摩擦角与粒径、含水率及天然坡角的定量关系。结果表明:当粒径从<0.125 mm增大到0.315～0.4 mm时,内摩擦角从32.25°减小到28.06°; 而粒径从0.315～0.4 mm增大到0.63～0.8 mm时,内摩擦角却从28.06°增大到31.47°。主要原因是,粒径小时颗粒的比表面积大,颗粒间接触面积大使得内摩擦角大。粒径大时,颗粒表面棱角突出,颗粒间嵌入咬合作用明显使得内摩擦角大。当含水率从0%增加到15%时,内摩擦角从29.07°增大到31.84°; 而含水率从15%增加到20%时,内摩擦角却从31.84°减小到30.75°。主要原因是一定含水率下沙土表现出黏聚性,而高含水率下水的润滑作用使得颗粒间摩擦力减小。内摩擦角与天然坡角都反映沙土摩擦特性,两者相等。     

科尔沁沙地樟子松人工林土壤粒径分布特征

为揭示科尔沁沙地不同林龄沙地樟子松人工林对风沙土粒径分布特征的影响,以中龄、近熟和成熟沙地樟子松人工林风沙土为研究对象,以裸沙地风沙土为实验对照,采用激光衍射技术测定土壤样品粒度组成,计算分析土壤粒度参数特征,绘制土壤粒配曲线。结果显示：（1） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土以砂粒为主,其次是粉粒,黏粒含量最少。随林龄的增长,土壤黏粒、粉粒含量呈增加趋势,砂粒含量呈减少趋势。裸沙地风沙土砂粒含量多高于同层林地土壤。（2） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土质地较粗,分选性较差,偏度值多为正偏度,峰度值多为尖窄,0~10 cm和10~20 cm风沙土分形维数分别为2.18~2.43和1.98~2.17。裸沙地风沙土质地更粗,分选性更好,分形维数更小。（3） 科尔沁沙地樟子松人工林风沙土的粒度频率分布曲线均为双峰型。随林龄的增长,10~20 cm风沙土的土壤颗粒细化滞后于0~10 cm。林地悬移组分的含量高于裸沙地,裸沙地跃移组分的分选性高于林地。科尔沁沙地不同樟子松人工林风沙土粒径分布特征存在显著差异,本研究结果可为科尔沁沙地土地沙漠化防治及生态修复提供理论依据。     

呼伦贝尔沙质草原表土物理力学性质

通过野外现场调查、载荷试验、轻型圆锥动力触探及室内试验,对呼伦贝尔沙质草原厚度30 cm的表层沙土物理力学性质及承载力、剪切变形特征进行研究。结果表明:表层沙土工程分类为细砂,颗粒级配不良,沿深度有明显分层;干密度1.34～1.51 g·cm^-3,黏聚力12～27.4 kPa,内摩擦角22.5°～24.0°,变形模量8.5 MPa;各指标表明沙土的工程性质上部差于下部;沙土承载力特征值和极限承载力分别为150 kPa和300 kPa,承载力不足导致表层沙土发生冲剪破坏(塑性破坏)和整体剪切破坏(脆性破坏)。     

青海沙珠玉高寒区风沙土的数值分类研究

在大量调查、观测、试验、测试的基础上,运用主成分分析和聚类分析方法对沙珠玉地区风沙土的８个典型剖面进行了数值分类,得到了满意的结果。正确地区分了风沙土和当地地带性土壤栗钙土,划分出风沙土类石灰性风沙土亚类的三个土属,即流动石灰性风沙土、半固定石灰性风沙土和固定石灰性风沙土,与传统分类和系统分类的结果一致。     

科尔沁沙地风沙土地温特征及其分析

通过对科尔沁沙地3种类型风沙土中地温的变化特征分析,有植被覆盖和裸露地表条件下地温的关系探讨。结果表明:①地温随时间进程有明显的日变化规律,随深度加深地温日变化振幅按指数规律减小;②半固定风沙土的浅层(5~20 cm)地温略高于流动风沙土和固定风沙土,尤其表现在地温达到最大值时;③流动风沙土土壤热扩散率λ较大,固定风沙土土壤热扩散率λ较小;4有植被覆盖的风沙土中平均地温略高于裸露地表下的平均地温。     

简述岩石室内试验方法及物理力学指标的关系

岩石的物理性质包括:饱和吸水率、饱和密度、自然吸水率、颗粒密度以及干密度等。通过试验研究某实际水利输水工程的代表性岩样的物理力学性质,得到岩石的物理参数和岩石在饱和水状态下及干燥状态下的泊松比、单轴抗压强度、内摩擦角及弹性模量等力学性质参数。本文通过对试验结果及数据的整理分析,并对岩石不同力学性质参数以及物理性质参数之间的关系进行探讨,明确岩石力学性质参数和物理性质参数之间的关系,旨在为日后相似工程提供数据参考。     

冲击角对风成沙纹形态影响的机理分析

采用数值模拟的方法研究了沙粒冲击角对风成沙纹形成过程及其形态特征的影响。模拟中采用了均匀和正态两种冲击角分布情况。冲击角在10°~16°范围内均匀分布时,冲击角对沙纹波高影响不大,沙纹波长随冲击角影响系数的增加略有减小;沙粒跃移冲击角在5°~25°范围内呈正态分布时,冲击角影响系数增加时沙纹波高几乎没有变化,但沙纹波长却明显减小。     

黄河内蒙古段土壤风蚀特征模拟

采集黄河内蒙古段风沙土、灰漠土、棕钙土和灌淤土，在室内进行土壤理化性质测定和风洞模拟试验。对比分析了4种土壤的理化性质和不同风速及含水量条件下的风蚀特征，并量化了不同土壤的风蚀强度与土壤理化性质间关系。结果表明：（1）相对于棕钙土和灌淤土，风沙土和灰漠土易蚀性颗粒含量较大，团聚体、有机质和碳酸钙含量较低，但相同风速和含水量条件下平均风蚀强度风沙土>棕钙土>灰漠土>灌淤土。（2）不同土壤风蚀强度与风速均呈较好的幂函数关系（R²≥0.85，P<0.05），尤其是风沙土和棕钙土，幂函数关系明显优于指数函数。（3）除灰漠土，土壤风蚀强度与土壤含水量均呈较好指数函数关系（R²>0.90，P<0.05），风沙土和灰漠土的风蚀强度突降的含水量临界点在4.5%左右，灌淤土和棕钙土无明显临界点。（4）不同土壤输沙率均随距地表高度的增加而急剧减少。在距地表10 cm范围内，不同土壤输沙率占总输沙率比例风沙土（82.67%）>灰漠土（80.77%）>灌淤土（74.07%）>棕钙土（73.77%），当距地表大于30 cm后，集沙仪中基本收集不到风沙土和灰漠土风蚀颗粒。当轴心风速为16 m·s^-1时，不同土壤风沙流结构均表现为单峰曲线。（5）不同土壤风蚀强度与风速、含水量、团聚体、易蚀性颗粒和黏粒含量均呈较强的非线性相关关系（R²=0.76，P<0.05）。易蚀性颗粒含量是影响风蚀强度最主要的土壤属性，其次是干团聚体和黏粒含量。     

黄淮海平原砂地土壤的基本特性及其改造利用的初步研究——以山东省夏津县黄河故道区为例

黄淮海平原砂地土壤约有3100万亩, 是重要的低产土壤之一, 具有较大的增产潜力。本文以山东省夏津县黄河故道区为例, 初步探讨了半湿润地区风沙土的基本性质及其改造利用的途径。半湿润地区风沙土, 机械组成较细, 有一定肥力基础; 是一种高容水或中容水沙土; 沙丘或沙岗低矮易于改造利用, 适于在护田林网基础上发展果树大行距间作, 提高经济效益, 改善生态环境。     

我国西北大陆性气候下积雪的压缩特征

积雪在外力荷载作用下的压缩变形是其重要力学性质之一。研究它,不仅对确定积雪内部的力学强度(如推导潜在内聚力,积雪内部的结构变化性能等)有很重要的意义,而且在实际建筑工程中(如积雪上部和内部的建筑、雪害防治工程、道路积雪和飞机场积雪的清除等诸方面)有更重要的价值。近两年来,我们在站区(E84°29',N43°29')对四种不同类型的积雪,通过123个雪     

回涡沙丘的形态特征与表面物质组成

在沙丘分类系统中,回涡沙丘是一种重要的有障沙丘形态,系运移风沙流在障碍物前遇阻堆积而成。野外测量表明,回涡沙丘具有与新月形沙丘相似的外观,其迎风坡坡度一般在2°～18°之间,背风坡坡度较陡为21°～31°。回涡沙丘高度及其与障碍物距离受障碍物高度的控制,障碍物越高则回涡沙丘也越高,沙丘离障碍物也越远,沙丘高度、沙丘与障碍物距离分别与障碍物高度线性相关。粒度特征反映了局地沙源特征,粗细颗粒均可在风力作用下形成障前堆积形态。同一地区回涡沙丘与新月形沙丘表面物质的粒度参数对比表明,由于障碍物前回旋涡流的影响,回涡沙丘表面物质经历了更为强烈的风力分选过程,物质组成更细,分选更好,更趋于正偏和窄峰态。     

Field measurement and scaled-down wind-tunnel model measurement of airflow field over a barchan dune

Airflow is measured over a barchan dune in the field and over a scaled-down model in a wind tunnel. The change of the flow speed over the stoss side is represented by the change of speed-up ratio. According to the field measurement, the wind profiles within 0-3m above the stoss can be divided into two segments. The lower segment, about 0.66 m thick, is the inner-boundary layer, within which the friction velocities derived from the wind profiles increase from the upwind inter-dune region to the upper stoss, and then decrease near the dune top. This change, together with the changes of airflow field, speed-up ratio and sand flux, is related to the morphological change and contributes to the stable shape and height of a barchan dune. In the wind tunnel, airflow varies in a similar way as in the field, with the speed-up ratios constantly higher than 1.0 and increasing along the stoss slope. While the segmentation of wind profiles also occurs in the wind tunnel, friction velocities derived from the wind profiles decrease along the stoss, indicating a very thin inner-boundary layer above the wind tunnel model where the detailed wind-speed change becomes difficult to measure using the present instruments.     

沙丘背风坡的静力稳定性分析

将沙丘背风坡的稳定性问题等价于一个双参变量函数的待定边界的泛函极值问题。利用变分原理得到相应的欧拉方程和横截性条件,在考虑边界条件后,确定了沙丘背风坡滑移面的形状函数及相应的安全系数;同时研究了沙丘的宽度效应,成功地给出了沙丘背风面落沙坡形成新月形形状的力学原因。     

采用一维水平入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数

通过室内土壤水平一维入渗试验,测定了不同入渗水头作用下不同入渗时间对应的累计入渗量和湿润锋长度,分析了累计入渗量与湿润锋长度、累计入渗量与入渗时间平方根的关系,探讨了采用不同入渗水头作用下的水平入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数的适用性。研究结果表明：累计入渗量与湿润锋长度呈显著的线性关系;累计入渗量与入渗时间平方根呈显著的线性关系,Philip公式较好地反映了不同入渗水头作用下的水平入渗特点;采用水平土柱入渗试验测定古尔班通古特沙漠南缘丘间地风沙土渗透系数是可行的。研究结果可为干旱区风沙土水力学研究提供参数,为推求风沙土水动力学参数的方法选择提供理论参考。     

横向沙丘背风侧气流重附风洞模拟

二次流在沙丘形成和形态维持过程中扮演着重要角色。沙丘迎风坡气流加速和背风侧气流分离是最常见的二次流形式。沙丘背风侧的二次流,尤其是气流分离形成的分离涡和气流重附对沙丘背风坡的塑造、沙丘间距和排列模式都具有重要的控制作用。因此,设计了一系列具有不同迎风坡坡度的横向沙丘模型,采用粒子图像测速技术,通过风洞实验模拟了沙丘背风侧的气流分离和重新附着。实验结果表明,当来流风速垂直于沙丘脊线时,沙丘背风侧的气流重附距离介于4\^8 H~10\^8 H之间(H为沙丘高度),最大重附距离出现在迎风坡坡度为15°的沙丘背风侧;沙丘迎风坡坡度是控制背风侧气流重附距离的主要因素,而自由风速对气流重附距离的控制作用较小。根据实验结果,还讨论了气流分离与重附对沙粒运移和沙丘形态维持的沉积学意义。     

腾格里沙漠东南缘横向沙丘粒度变化及其与坡面形态的关系

腾格里沙漠东南缘的横向沙丘因断面形态不同可分为凸形和凹形两种类型。横向沙丘丘顶至落沙坡为风沙堆积区, 沙粒沿滑落面作重力下滑时, 较粗颗粒先到坡脚, 背风坡的沉积物下粗上细。沙丘迎风坡则因断面形态不同而影响沙丘表面过程。其中, 凸形沙丘迎风坡为高饱和风沙流环境, 下部有大量蚀余粗颗粒, 上部发生加积, 故下粗上细; 而凹形沙丘的迎风坡则为低饱和风沙流环境, 表面普遍风蚀, 前积纹层出露表面, 沉积物下粗上细, 实际上是背风坡沉积物重力分异结果的重现。沙丘高度与平均粒径和分选参数之间具有良好的一致性。风成床面作为一种地形, 对风沙地貌表面过程产生了重要影响, 这是风沙地貌尚须努力开拓的领域之一。     

柴达木盆地东北部哈勒腾河流域风成沉积物粒度特征与空间差异

哈勒腾河流域位于柴达木盆地东北部,是一个近似封闭的内陆盆地。该地区风成沉积物来源相对单一,沙丘类型简单且发育时间短,是研究高原内陆盆地物质迁移规律和风沙地貌发育的理想场所。对115个不同类型、不同地貌部位沉积物粒度进行分析。结果表明:哈勒腾河流域地表沉积类型包括沙丘沙、丘间地沉积、河流沉积和戈壁沉积,主要由细沙组成,平均含量达51.6%。沙丘沙平均粒径1.01~2.90 Φ,分选性较差至极好(0.28~1.74 Φ),频率曲线呈近对称和中等峰态。该流域发育有独特的穹状沙丘,属于新月形沙丘演化的初期阶段,平均粒径1.55~2.54 Φ,分选中等至较好;尽管表现出从迎风坡和背风坡中部到沙丘顶部颗粒变粗、分选变差的特征,但相对同一地区的新月形沙丘而言分选过程较弱。从区域上来看,在W-E走向的断面上,新月形沙丘从西向东颗粒变粗,分选变差;在NW-SE走向的断面上,新月形沙丘由西北至东南颗粒变粗,分选性无明显变化。这表明,该流域风成沉积物的可能物源包括哈勒腾河流冲积物和山前风化剥蚀产物。     

巴丹吉林沙漠典型高大沙山迎风坡粒度特征

风沙地貌形态与地表风动力的互馈机制研究是近年来风沙地貌学研究的热点问题.以巴丹吉林沙漠高大沙山为研究对象,选取巴丹吉林沙漠东南部苏木巴润吉林以西高度约400 m的高大沙山,对其迎风坡沉积物粒度特征进行系统采样分析,研究了高大沙山迎风坡沙物质粒度由坡脚至丘顶以及表层和下层的变化规律.结果表明,沙山迎风坡表层沉积物的粒度组...     

塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的逆向演变

通过对塔克拉玛干沙漠腹地复合沙垄间地新月形沙丘的形态变化、分布特征、移动特征进行测量,计算出沙丘移动输沙变化,证实该区存在新月形沙丘逆向演变。逆向演变过程的发生主要由于沙垄间地的高度不饱和风沙流和该区新月形沙丘较小的高度。高度不饱和风沙流形成于沙垄背风坡底到垄间地中部的加速过程和粗沙地表的作用,从沙垄底部到垄间地中部的粒度变化,风沙流垂直结构都有所反映。新月形沙丘为沙垄背风坡上覆沙丘脱离沙垄而成,高度在2m左右,该区次风向使新月形沙丘宽度减小以及粗沙地表在强弱风交替作用下增加沙丘移动过程中沙丘沙的滞留量都有利于沙丘逆向演变。     

新月形沙丘维持相对稳定的两种过程

新月形沙丘顶部稳定性是风沙地貌学尚未解决的科学问题。研究新月形沙丘的顶部稳定性,对于绿洲边缘风沙运动规律揭示、防沙工程建设和沙区生态环境保护等具有重要的现实意义。选择民勤沙区新月形沙丘,通过测定沙丘各部位风速、风蚀风积和粒度等,分析了新月形沙丘顶部稳定机理。主风向（NW）作用是新月形沙丘最高点与沙脊线重合、沙丘前移和高度降低的过程;反向风（SE）作用是沙丘最高点与沙脊线分离、沙丘背风坡风蚀与沙丘增高的过程。由于研究区以NW风为主,新月形沙丘沿NW-SE方向前移,SE风只能风蚀减缓沙丘背风坡的坡度。人为干预将会阻止或减少从迎风坡向沙丘顶部输送沙量,使得新月形沙丘背风坡尤其是背风坡上部风蚀过程增强,新月形沙丘逐渐过渡为抛物线形沙丘。