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地球科学 2024年

作者：刘佳诺李明俐姜元俊程建龙何佳敏宋恒鹏郑海君地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室成都理工大学中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川巨生建设工程有限公司

为探究冻融循环作用下冰碛土性质劣化的微观损伤机制，基于离散元理论提出一种通过水颗粒膨胀实现土体冻融损伤模拟的方法。利用颗粒流软件PFC2D模拟三轴压缩试验，结合室内试验结果对比分析，本方法在模拟冰碛土的力学性质变化方面显... 详细信息

为探究冻融循环作用下冰碛土性质劣化的微观损伤机制，基于离散元理论提出一种通过水颗粒膨胀实现土体冻融损伤模拟的方法。利用颗粒流软件PFC2D模拟三轴压缩试验，结合室内试验结果对比分析，本方法在模拟冰碛土的力学性质变化方面显示出高度的准确性和可靠性，揭示了冻融冰碛土受载时微裂隙、位移场和力链场的演化过程与破裂特征。结果表明：（1）试样冻融过程中微裂隙呈由四周产生并逐渐向中间扩展的“累计演化”趋势，其中张拉微裂隙占据主导地位，在冻融前期（2～5次）颗粒间以水平挤压为主从而大量发育偏90°倾向张拉微裂隙。（2）冻融作用引起的冰碛土性质劣化在冻融前期（2～5次）尤为明显，粘聚力c随冻融次数N的增加呈负指数函数递减规律，而内摩擦角φ呈小幅波动态势。（3）试样受载过程中剪切微裂隙占据主导地位，微裂隙发育呈“慢→陡→缓”趋势演化，根据其裂隙演化特点，将加载过程的应力-应变曲线划分为4个变形阶段。（4）冻融后试样受载时减速斜率转换点B移动到峰值应力点C之前，说明B点在微裂隙扩展-贯通-形成破坏过程中可以作为“前兆特征”；冻融20次试样受载时破坏程度更剧烈且形成明显剪切破坏带。

关键词：冰碛土离散元 PFC 冻融循环微观损伤破裂演化三轴压缩

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高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测模型

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岩土力学 2024年第4期45卷 1190-1200页

作者：韩旭东杨秀元孙秀娟宋伟包一丁王春辉中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部三峡库区地质灾害监测预警野外科学观测研究站重庆404700 中国地质调查局水文地质环境地质调查中心自然资源部地质环境监测工程技术创新中心河北保定071051 中国科学院山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,... 详细信息

高位远程滑坡快速解体后,往往形成碎屑流,会沿程动力侵蚀坡体表层第四纪松散物质,改变滑坡滑移动力学特征,导致滑坡体积显著放大,灾害效应强烈,已成为近年来防灾减灾研究的重点。首先,针对高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测问题,基于深度积分水动力计算理论与固液两相界面剪应力侵蚀模型架构,构建了高位堆积体远程滑坡动力侵蚀过程量化预测的连续介质数值模型,自主进行了数值实现,编制了具有二阶计算精度的软件程序DisasterFlowV1.0。然后,通过经典的溃坝水流算例验证,结果表明所构建的数值模型的数值求解格式正确并具有较好的总变差不增特性(total variation diminishing,TVD)。再后,通过对柏杨林高位堆积体远程滑坡案例动力侵蚀过程预测可知,所构建的数值模型与传统雪橇模型对该滑坡滑移速度预测结果基本一致,但相较于传统雪橇模型,所构建的数值模型对滑动路径地形的适应能力强,滑移速度预测值振荡性较小。最后,利用所构建的数值模型在时间和空间维度上对柏杨林高位堆积体远程滑坡的动力侵蚀过程进行量化表达,结果表明所构建的数值模型能够对该滑坡动力侵蚀过程中各历时的滑移深度、速度及侵蚀堆积深度进行量化,这是传统雪橇模型所不具备的。所做研究可充实高位远程滑坡动力侵蚀过程量化预测理论与技术体系。

关键词：高位远程滑坡动力侵蚀数值模型 DisasterFlowV1.0 量化预测

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西南山区云南松根土复合体力学特性及其对浅层坡体稳定性的影响

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水土保持通报 2022年第6期42卷 88-96页

作者：李怡帆张国涛雷鸣宇方海燕李朝月中国科学院地理科学与资源研究所陆地表层格局与模拟重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041

[目的]探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响,为该区浅层滑坡机理认识,识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。[方法]以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象,开展根土复... 详细信息

[目的]探究西南山区云南松根土复合体力学特性及其对坡体稳定性的影响,为该区浅层滑坡机理认识,识别预警与防治等提供理论基础与数据支持。[方法]以四川省凉山州中研究极为缺乏且与浅层滑坡密切相关的云南松根系为研究对象,开展根土复合体抗剪强度试验和FLAC 3D边坡安全系数数值模拟,探究了不同根系密度、根系分布方式与土壤含水量组合下乔木根土复合体的力学性质及浅层边坡稳定性。[结果]较高的植物根系密度可明显提高土体的抗剪强度,与素土相比,黏聚力、内摩擦角提高比例分别高达45.5%,9.6%。然而,根径与根系抗拉强度却呈显著的幂函数负相关关系(p<0.05),根径低于2 mm的细根抗拉强度最强;同时,乔木根系水平或垂直分布方式下,土壤含水量的增加均会降低土体的抗剪强度,不利于边坡稳定,而乔木交错分布最有利于提高土壤的抗剪强度和边坡稳定性。[结论]乔木根系的高密度发育,复杂交错分布,细根丛生等特点对提高根土复合体抗剪强度与边坡稳定性具有重要作用,适度地增加边坡植被覆盖是控制浅层滑坡发生的重要措施之一。通过评价地质灾害多发区不同条件下乔木根系护土固坡效应,可为震后地质活跃区开展生态修复提供理论支持。

关键词：根土复合体根系密度根系分布方式含水量力学特性浅层边坡稳定性

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四川省水资源承载力时空变化格局及驱动因素

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水文 2024年第6期44卷 85-92页

作者：伍巧贺秀斌鲍玉海吕佼容崔宁博尹飞虎中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所山地表生过程与生态调控重点实验室四川成都610299 中国科学院大学北京100049 四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室/水利水电学院四川成都610065 新疆农垦科学院新疆石河子832000

四川省水资源极为丰富,但空间分布不均、季节性与工程性缺水等问题突出,亟须评估水资源承载力现状及变化趋势,为水资源合理配置提供科学支撑。从水资源、社会经济、生态环境3个方面构建评价指标体系,采用主成分分析法分析四川省2012—2... 详细信息

四川省水资源极为丰富,但空间分布不均、季节性与工程性缺水等问题突出,亟须评估水资源承载力现状及变化趋势,为水资源合理配置提供科学支撑。从水资源、社会经济、生态环境3个方面构建评价指标体系,采用主成分分析法分析四川省2012—2021年水资源承载力的时空变化及关键驱动因子,并利用灰色预测GM(1,1)模型预测2022—2026年承载力的变化趋势。研究表明:(1)2012—2021年四川省水资源承载力波动上升,且具有显著的空间差异:东西部差异较大,西部高原地区的甘孜州、阿坝州水资源承载力最高,东北部和南部地区承载力波动变化,中部地区承载力整体上升。(2)森林覆盖率、人均GDP、第三产业增加值占GDP比重和人口密度是全省尺度上影响水资源承载力的主要指标,而总用水量、人均水资源量和人口密度是市州尺度上的主要影响因子。(3)2022—2026年的水资源承载力在全省尺度上逐年递增;在市州尺度上,除巴中、广元、南充、凉山州呈下降趋势之外,其余各市州均呈增加或平稳变化趋势。

关键词：水资源承载力主成分分析灰色预测GM(1,1)模型四川省水资源

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北川-汶川地区泥石流拦砂坝运行效果分析

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兰州大学学报（自然科学版） 2021年第3期57卷 395-401页

作者：张文涛柳金峰游勇孙昊焦亮中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院大学北京100049

2018年7月通过野外实地考察,选取北川-汶川地区15条泥石流沟中的23座拦砂坝进行运行效果分析.结果表明,研究区域内拦砂坝以窗口坝为主,且多数处于满库或半库状态,仅4座拦砂坝运行状态良好.对其余受到破坏的拦砂坝依据其损毁特征进行分类... 详细信息

2018年7月通过野外实地考察,选取北川-汶川地区15条泥石流沟中的23座拦砂坝进行运行效果分析.结果表明,研究区域内拦砂坝以窗口坝为主,且多数处于满库或半库状态,仅4座拦砂坝运行状态良好.对其余受到破坏的拦砂坝依据其损毁特征进行分类,其中坝基掏蚀-倾倒型占37%,坝基掏蚀-错落型占11%,渗透-侵蚀型占47%,块石冲击-碎裂型占5%.通过对该地区泥石流拦砂坝沟床的调查,建立了北川和汶川地区泥石流拦砂坝回淤坡度经验公式.对该地区泥石流拦砂坝上、下游的堆积物进行实验分析,引入上、下游堆积物粒径比,发现拦砂坝对于泥石流粒径具有一定的分选作用.对过坝前后泥石流的容重进行分析,发现拦砂坝对泥石流容重具有明显的调节作用.

关键词：泥石流防治工程拦砂坝回淤坡度运行效果

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基于水土耦合的沟床起动型流体运动过程模拟研究

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工程科学与技术 2021年第5期53卷 1-9页

作者：潘华利李炳志邓其娟欧国强孔玲中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所四川成都610041 中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院大学北京100049 四川建筑职业技术学院四川成都610399

建立考虑沟床侵蚀、坡面汇流以及上空降雨共同作用下沟道流体运动的水土耦合模型,可以为流域风险评估、防灾减灾和潜在性泥石流沟判识等提供理论依据。通过分析沟道流体对沟床可移动固体物源的侵蚀过程,并将其与具有时空变异性的坡面汇... 详细信息

建立考虑沟床侵蚀、坡面汇流以及上空降雨共同作用下沟道流体运动的水土耦合模型,可以为流域风险评估、防灾减灾和潜在性泥石流沟判识等提供理论依据。通过分析沟道流体对沟床可移动固体物源的侵蚀过程,并将其与具有时空变异性的坡面汇流及上空降雨进行合理耦合,建立了小流域沟道流体运动的水土耦合模型;采用有限差分法对流体运动水土耦合模型进行时空离散,得到了沟道流体运动数值离散模型;在此基础上,基于MATLAB语言编写了流体运动数值离散模型的求解程序;同时,以来流流量及沟槽坡度为控制变量开展了室内模型实验,观测不同工况条件下沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的变化情况。通过对所得到的12组水槽实验的实验结果进行数据分析,发现在沟槽坡度保持不变的条件下,沟槽控制点处流体流深及流体流速与来流流量之间呈正相关关系,流体容重与来流流量之间呈负相关关系;同时,将沟槽控制点处流体流深、流速以及流体容重的数值求解结果与实验测量结果进行对比分析,发现流体流速和流体容重的模拟精度均高于90%,流体流深的模拟精度高于80%。表明所建立的小流域沟道流体运动的水土耦合模型基本合理,所采用的数值离散方法及所编写的模型求解程序较为可行。

关键词：沟床起动流体运动模型水土耦合有限差分法数值离散

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古滑坡测年方法与定年精度的提高途径

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地学前缘 2021年第2期28卷 19-34页

作者：白世彪崔鹏葛永刚王昊南京师范大学海洋科学与工程学院江苏南京210023 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室四川成都610041 中国科学院地理科学与资源研究所北京100101

明确滑坡每次活动准确的年代对于揭示一个地区滑坡在时间上的活动规律,进而评价该地区的滑坡灾害风险至关重要。本文对宇宙成因核素(TCN)、光释光(OSL)和14 C等古滑坡测年方法研究的现状和成果进行了总结,简要介绍了不同的古滑坡测年方... 详细信息

明确滑坡每次活动准确的年代对于揭示一个地区滑坡在时间上的活动规律,进而评价该地区的滑坡灾害风险至关重要。本文对宇宙成因核素(TCN)、光释光(OSL)和14 C等古滑坡测年方法研究的现状和成果进行了总结,简要介绍了不同的古滑坡测年方法,重点阐释了滑坡体、次生沉积物、滑动面、滑坡塘、滑坡后壁、滑床以及滑坡伴生堰塞湖等不同的地貌部位和测年介质以及选择不同古滑坡测年方法的局限性与使用条件,并根据目前古滑坡测年存在的问题和难点,探讨了提高古滑坡定年精度的途径。

关键词：滑坡年代学光释光宇宙成因核素 14 C测年

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施肥对紫色土农田土壤有机碳损失过程的影响

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中国生态农业学报（中英文） 2021年第9期29卷 1571-1581页

作者：沈姣王小国马晗中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室/中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院大学北京100049

农田土壤有机碳气体交换与径流损失的研究大都相对孤立,对二者之间的同步观测研究较少。本文利用紫色土坡地可测壤中流的径流小区,开展了不同施肥处理下紫色土农田土壤有机碳土-气交换和土-水界面迁移过程的同步观测试验。试验处理包括... 详细信息

农田土壤有机碳气体交换与径流损失的研究大都相对孤立,对二者之间的同步观测研究较少。本文利用紫色土坡地可测壤中流的径流小区,开展了不同施肥处理下紫色土农田土壤有机碳土-气交换和土-水界面迁移过程的同步观测试验。试验处理包括:无肥对照(CK)、常规氮磷钾(NPK)、猪厩肥配施氮磷钾(OMNPK)、秸秆配施氮磷钾(RSDNPK)。结果表明:1)不同施肥处理的土壤异养呼吸速率与通量均呈现:RSDNPK>OMNPK>NPK>CK,表明施加无机肥、有机肥和秸秆还田均会增加紫色土的土壤CO_(2)排放,其中秸秆还田配施氮磷钾肥的CO_(2)排放通量为4155.87 kg(C)∙hm^(-2),显著大于其他施肥处理。2)不同施肥处理的土壤有机碳径流损失通量表现为:RSDNPK>OMNPK>CK>NPK,径流损失途径也存在差异,与CK相比,RSDNPK处理在降低紫色土泥沙损失通量的同时,显著增加了壤中流可溶性有机碳(DOC)损失通量,达8.29 kg(C)∙hm^(-2),各施肥处理的壤中流DOC损失通量占径流碳损失总通量的49.82%~92.11%,说明壤中流DOC损失是紫色土有机碳径流损失的主要方式。3)RSDNPK处理的土壤有机碳损失总通量显著大于其他施肥处理,OMNPK与NPK处理的总通量没有显著差异;各施肥处理的CO_(2)排放通量占总通量的比例均大于99%,说明气态损失是紫色土有机碳损失的主要途径。4)本文计算了不同施肥处理的单位产量碳损失通量,将作物经济效益与生态环境负荷相结合,结果表明CK的单位产量碳损失通量显著大于其他3个施肥处理。OMNPK处理的土壤有机碳含量为5.86 g∙kg^(-1),大于NPK处理,说明施加有机肥有利于土壤有机碳的积累,因此在紫色土地区可以优先考虑施加有机肥配施氮磷钾肥。

关键词：施肥紫色土 CO_(2)排放通量可溶性有机碳地表径流壤中流

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四川大凉山典型小流域切沟空间分布特征与影响因子

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中国水土保持科学 2022年第5期20卷 10-16页

作者：李琬欣熊东红袁勇张闻多张宝军赵冬梅中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610041 四川省国土空间生态修复与地质灾害防治研究院成都610081

为探究大凉山区切沟空间分布特征及其影响因子,选择孙水河上游典型小流域,综合采用遥感监测、实地调查、GIS统计与分析等手段,研究切沟形态特征及空间分布规律,并运用地理探测器探讨影响切沟空间分布的关键因子。结果表明:1)研究区内切... 详细信息

为探究大凉山区切沟空间分布特征及其影响因子,选择孙水河上游典型小流域,综合采用遥感监测、实地调查、GIS统计与分析等手段,研究切沟形态特征及空间分布规律,并运用地理探测器探讨影响切沟空间分布的关键因子。结果表明:1)研究区内切沟数量多,分布广,主要集中在流域东南一带(上游),向西北一带(中下游)呈逐渐下降趋势;流域内最大切沟密度6.53 km/km^(2),侵蚀强度轻度以上区域面积103.38 km^(2),占流域总面积的58.12%。2)地层岩性、高程、土壤类型和土地利用方式是影响小流域切沟空间分布的关键因子,小流域海拔3020~3150 m、地层为小坝组或窝头山组、土壤类型为亚高山灌丛草甸土、土地利用方式为裸地或撂荒地的区域切沟分布较为集中。研究成果可为大凉山区水土保持措施的布局提供决策支撑,为当地生态文明建设以及农业生产发展提供科学依据。

关键词：切沟空间分布影响因子小流域大凉山区

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紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发与水分利用效率及其影响因素

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中国生态农业学报（中英文） 2021年第6期29卷 991-1007页

作者：陈露章熙锋王艳强高美荣唐家良中国科学院山地表生过程与生态调控重点实验室/中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所成都610041 中国科学院大学北京100049

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效... 详细信息

蒸散发与水分利用效率是农田生态系统碳水循环的重要衡量指标。本研究利用涡度相关技术对紫色土坡耕地生态系统进行连续观测,获取2014—2018年碳水通量数据,分析紫色土冬小麦-夏玉米轮作下的雨养坡耕地农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化特征及其对主要环境因子的响应规律。结果表明:紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发最高,1月最低;夏季日变化幅度最大,春季次之,冬季和秋季变化较为平缓。叶面积指数、温度为影响紫色土坡耕地蒸散发的最主要因子,其次为饱和水汽压差。水分利用效率在9:00—17:00期间基本呈先下降后回升的变化规律,冬季水分利用效率为全年最高;叶面积指数、CO_(2)通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件也显著影响了水分利用效率。年际差异分析结果表明,紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感,同时冬季土壤水分为冬季蒸散发和水分利用效率的关键影响因子。未来仍需对紫色土坡耕地农田生态系统生长盛期蒸散发与水分利用效率动态进行深入研究,从而为探明当地主要作物应对春夏季季节性干旱威胁的系统性策略提供科学依据。

关键词：紫色土坡耕地农田生态系统冬小麦-夏玉米轮作蒸散发水分利用效率涡度相关

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