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水文地质与水资源

会仙岩溶湿地沉积物孔隙水化学特征及溶解无机碳的来源

李 静，黄聪明，陈焕雄，潘晓东，程瑞瑞

摘要:近年来岩溶湿地水环境逐渐恶化，水质演变对湿地碳循环的影响尚不明晰。为探究岩溶湿地水质特征及其对无机碳循环的影响，以广西会仙岩溶湿地为研究区，在睦洞湖和八仙湖退化湿地，钻探采集了3个钻孔的21个湖底沉积物，深度60～80 cm。采集了钻孔上覆湖水，并利用压榨法提取了沉积物孔隙水，综合分析孔隙水化学和2H、18O、34SSO4、13CDIC多种同位素特征。结果显示：（1）湿地沉积物孔隙水主要接受岩溶地下水补给，水化学类型为HCO3—Ca、SO4•HCO3—Ca型水，化学组分主要来自碳酸盐岩和钙质硅酸盐岩溶解；（2）退化湿地区孔隙水硫酸盐富集，质量浓度为71.4～363.2 mg/L，偏负δ34S值表明硫酸盐来自研究区北部地层中黄铁矿的氧化；（3）湿地孔隙水无机碳质量浓度为135～156 mg/L且δ13CDIC显著富集，均值为−4.7‰，睦洞湖低硫酸盐孔隙水中无机碳主要来自湿地的产甲烷作用和岩溶地下水的补给（碳酸溶蚀碳酸盐岩），高硫酸盐孔隙水中无机碳主要为碳酸溶蚀碳酸盐岩和硫酸溶蚀碳酸盐岩的混合；（4）不同的岩溶地下水流系统是孔隙水化学及无机碳来源差异的主控因素。研究可为会仙岩溶湿地的修复、水资源的合理利用及碳循环研究提供理论依据。

平江岩溶地下河溶质运移模拟

梁 江，贝为昶，郑焕君，张勤军，康志强，赵小二

摘要:平江地下河流量在雨季陡升陡降，溶质运移随流量的变化规律仍不清楚。选取平江地下河下游的伏流段（岩溶管道）和明渠段，在不同流量条件下开展示踪试验，分析了穿透曲线形态的变化规律，采用暂时存储模型模拟试验曲线，分析了岩溶管道中模型参数随流量的变化规律，对比探讨了岩溶管道和明渠段模型参数的异同。结果表明：（1）随着流量减小，峰值浓度逐渐降低，穿透曲线拖尾程度增大，拖尾部分呈现小的峰值和曲线波动现象，表明流速的降低可能导致了岩溶管道内出现了低速区或死区；（2）暂时存储模型中弥散系数与流量呈正相关关系，主通道横截面积和存储区横截面积随着流量的增大先增大后减小，交换系数与流量的关系不明确；（3）岩溶管道的弥散系数和交换系数小于明渠河段，岩溶管道的存储区比例、主通道横截面积和存储区横截面积远大于明渠河段。研究结果对岩溶地下河污染物运移预测具有一定的指示意义。

空间大尺度流域地形演化数值模拟替代模型研究

侯润泽璞，曾献奎，吴吉春

摘要:空间大尺度流域地形演化数值模拟存在高计算耗时和高存储空间的难题。替代模型常用于替代原始模型以解决计算耗时问题，但较少针对巨量网格剖分引起的存储问题。本次研究以塔里木河流域为研究区开展地形演化数值模拟研究。采用线性回归、回归树、支持向量机、高斯过程回归、神经网络以及核函数6类主流的机器学习方法构建可进行空间降尺度的地形演化替代模型，对比分析不同替代模型的表现，并开展了4种未来气候情景下的研究区地形演化及河道变迁情景模拟。结果显示，采用精细高斯支持向量机方法构建的地形演化替代模型表现最佳，验证集均方根误差为0.086 m，决定系数为0.954。在模拟期内（2021—2100年），研究区高程升高区主要分布于坡底及河道附近，下降区集中在平原及盆地区域。研究区河道变迁主要发生在下游平原和盆地区域，塔里木河干流和车尔臣河的迁移距离超过20 km，且河道变迁对气候变化具有高敏感性。本次研究建立了具有空间降尺度功能的地形演化替代模型，解决了地形演化数值模拟的计算耗时和存储空间问题，提升了空间大尺度流域地形演化与河流变迁定量研究的可行性。

基于解析解的傍河地下水水位监测断面布设

叶明松，束龙仓，鲁程鹏，刘 波

摘要:为了更准确地计算河水与地下水之间的交换量，必须傍河布设地下水水位监测断面。基于经典的Ferris解析解，对其进行拉丁超立方采样以获取地下水水位数据，并进行K均值聚类分析，利用克里金插值对不同的聚类结果进行对比和评估，从而设计出合理的地下水水位监测断面。结果表明：（1）对Ferris解析解进行数据预处理，发现潜水初始水位[h（x，0）]和河流水位迅速抬升高度（△H0）对K均值聚类的结果并无显著影响，因此可将解析解中的h（x，0）设为0，△H0设为1，以简化后续研究；（2）对于解析解中不同导压系数（a）和时间（t），通过肘方法确定的K均值聚类的值均为3，即监测井的布设数量均为3，但第３口监测井的位置由第３个聚类中心处变为河水的最大影响范围处，便于使用补给水丘体积更准确地计算河水对地下水的补给量；（3）随着a或t的增大，监测断面各监测井的位置逐渐远离河岸，因此需要根据具体的地层岩性以及河道过水时间条件，合理选择监测井的布设位置。本研究可为傍河地区地下水水位监测断面的布设提供技术方法。

土地利用变化对榆溪河流域地下水文过程的影响

贺鑫浩，常桐桐，乔晓英，江 猛，王 越

摘要:土地利用变化会改变干旱和半干旱地区的水资源分配与地下水文过程，导致区域地下水水位下降、土地荒漠化等水与生态问题。干旱和半干旱地区地表水资源有限，地下水资源是其生产、生活的重要水源。以黄河流域的二级子流域榆溪河流域为研究区，利用2005、2010、2015、2020年4期土地利用数据，采用改进的二级土地利用动态度作为标定指数，基于WetSpass-Modflow耦合模型，预测该流域内长时间尺度土地利用变化对降雨入渗补给、蒸散发、水位等地下水文要素的影响。结果表明：2020—2035年在城市化进程的影响下，草地、未利用地转化的建设用地增加247.02 km2，研究区降雨入渗补给减少6.8 mm/a，地下水水位变化在±3 m的范围内，蒸散发量基本保持不变。土地利用变化主要通过降低下垫面入渗性能、降低植被截流能力等途径降低降雨入渗补给量。利用降雨入渗补给量减蒸散发量得到净补给量，发现未利用地>耕地>林地>草地>建设用地。根据净补给量可以推断，耕地、未利用地对地下水储量贡献大于草地。结果证明，改进的WetSpass-Modflow耦合模型可以从土地利用变化方面较好地定量估算和预测小流域地下水文要素变化。

工程地质与地质灾害

复合地层围岩分区对隧道稳定性的影响及支护优化

郭晓航，龚 伦，钟 建，刘 智，王立川

摘要:既有研究对复合地层隧道稳定性的分析多忽略地层倾角变化及局部节理分布的差异性影响，导致支护设计偏保守且经济性不足。为此，依托重庆朱衣镇奉节隧道工程，通过模型试验与离散元数值模拟（3DEC），系统研究围岩分区特征及节理参数对隧道稳定性的影响规律，并提出针对性支护优化方案。结果表明：（1）复合地层较单一地层稳定性更差，随地层倾角增大，沉降向较差围岩区扩展；开挖过程中拱顶与仰拱土压力下降，拱腰及边墙土压力显著上升。（2）节理倾角增大、间距加密、切割组数增多均会加剧裸洞失稳，节理破碎区范围扩大导致安全系数降低，而地层倾角增加可提升安全系数；拱部节理破碎区对稳定性影响显著高于边墙与仰拱。（3）针对Ⅲ—Ⅳ级复合地层提出非均匀支护方案（Ⅲ级区采用20 cm厚Ⅲa型支护，Ⅳ级区采用25 cm厚Ⅳb型支护），横断面a、b、c混凝土用量分别减少20.5%、10.0%、8.0%，在保障施工安全的同时显著提升经济性。研究成果可为复杂地质条件下隧道支护差异化设计与施工优化提供参考。

冻融循环下含细粒盐渍化风积沙水盐迁移规律及强度特性

包卫星，侯天琪，毛雪松，李 伟，吴 倩

摘要:冻融作用会导致含细粒盐渍化风积沙工程性质发生显著劣化，从而使得风积沙路基长期服役性能下降，出现大量路基病害。为了研究冻融循环作用下细粒含量对盐渍化风积沙的水盐迁移规律及强度特性的影响，采用自行设计的冻融循环装置对不同细粒含量的盐渍化风积沙开展水盐迁移试验，并对冻融前后的土样进行系列直剪试验，得到了其在冻融循环作用下的温度场分布、水分盐分迁移以及强度劣化规律。试验结果表明：在冻融作用下，不同细粒含量盐渍化风积沙的温度均随时间呈波浪形变化趋势，且波动幅度随着土体深度的增加而减小；随着盐渍化风积沙中细粒含量的增加，土体所能达到的最低温度逐渐升高，土体中未冻水含量和总含水率逐渐降低，电导率峰值整体呈先降低后升高的趋势，含盐量不断增大；冻融前，不同垂直压力下盐渍化风积沙的抗剪强度随细粒含量的增加而增加，冻融后，各细粒含量盐渍化风积沙的抗剪强度均显著降低，并且细粒含量越高，抗剪强度劣化越明显。研究成果可为盐渍化风积沙地区道路建设提供理论指导。

基于渗透系数修正改进Green-Ampt模型的降雨入渗分析

路津，邓 珂，张小东，李 好，黄江华，赵炼恒

摘要:经典Green-Ampt模型在分析浅层边坡的降雨入渗规律时假定湿润区完全饱和，未考虑入渗过渡带及其对土体渗透系数的影响。为探究边坡的降雨入渗规律，研究土体渗透系数随降雨过程的变化，建立了考虑入渗过渡带的坡体水分剖面理论模型；根据湿润区中过渡带厚度占比关系，基于土体非饱和渗透特性及van Genuthen模型对湿润区土体的实际渗透系数进行修正，建立了改进的Green-Ampt入渗模型。与Richards方程计算结果及已有试验结果对比表明，本理论模型能够较为准确地反映边坡入渗速率和湿润锋推移深度随降雨时间的变化规律，精度高于经典Green-Ampt模型，验证了本模型的准确性。进一步对边坡渗流规律的影响因素进行讨论分析，结果表明：土体入渗速率及湿润锋推移深度受控于降雨强度，降雨强度越大坡体湿润锋推进越快，坡表径流出现的时间越早；不同土体种类具有不同的渗透特性，进而直接影响土体入渗规律，总体而言，粗粒土边坡湿润锋推移最快，黏壤土其次，粉质黏壤土最慢；坡体初始含水率越高，相同的入渗总量下边坡的湿润锋推移深度越大。

不同密实度条件下云南红黏土积水入渗特性研究

路涵裕，吉 锋，满 好，陈利鑫

摘要:雨水入渗对斜坡渗流及稳定性影响显著，而土体的密实度与其入渗特性紧密相关。为研究不同密实度条件下的红黏土积水入渗特性，以云南省永仁县红黏土为例，利用自主设计的一维土柱积水入渗试验装置，对3组不同密实度（1.25，1.35，1.45 g/cm3）均质土柱进行常水头积水入渗试验。结果表明：（1）水头高度恒定条件下，红黏土密度越大，土柱内相邻传感器响应历时越久，监测点土体增湿过程越慢，含水率快速增长阶段的总历时随干密度增大分别增加25.8%、83.7%；（2）3组土柱入渗时程曲线均呈抛物线型增长，湿润锋垂直运移速率由较高的初始值迅速下降到0.03～0.05 cm/min后趋于稳定；（3）通过对红黏土积水入渗过程中湿润锋柱面形态的量化，分析得出在相同的入渗深度，密度越大，湿润锋水平程度指数越小，指数稳定时入渗深度越浅；（4）红黏土非饱和渗透系数随土体增湿逐渐增大，主要介于10−9～10−4 cm/s，当体积含水率小于18%时，3组红黏土渗透系数相差较小，当体积含水率大于18%后，密度对渗透系数作用明显，两者呈反比；土柱增湿至稳定状态后，含水饱和度在88.2%～94.9%间，土体渗透系数均小于真空饱和试样渗透系数。研究成果可为红土地区地质灾害的成因分析与治理提供理论基础。

不同应力路径和加卸速率下的红黏土力学响应

阮永芬，唐震杰，槐以高，郑绍奇，周源海

摘要:基坑开挖过程中土体受多种影响因素而表现出独特的破坏特性，仅考虑单一影响因素已无法完全分析土体的力学特性。采用昆明地区的天然红黏土进行K0固结条件下不排水三轴剪切试验，探究不同应力路径和加卸速率下的应力-应变曲线及孔隙水压力曲线的变化规律，分析红黏土的初始切线模量和强度极限变化规律。试验结果表明：（1）红黏土在三种应力路径下的应力-应变曲线呈双曲线型，红黏土强度大小表现为轴向压缩试验>平均主应力为常数三轴压缩试验>侧向卸荷试验；（2）加卸速率对应力-应变曲线的影响分三个阶段，当轴向应变εa≤ε0时，加卸速率对土体抗剪强度影响较小，当ε0<εa≤ε1时，加卸速率越快，其对应的剪应力增长也越快，当εa>ε1时，不同加卸速率下的剪应力基本保持不变；（3）不同应力路径下的孔隙水压力变化规律存在明显差异，剪切初期阶段，加卸速率对孔隙水压力影响不明显，而随着剪切过程的进行，孔隙水压力值随加卸速率的增大而增加；（4）通过邓肯-张模型，建立K0固结的红黏土在不同路径下的应力-应变双曲线预测方程，并将预测结果与试验值对比，应力-应变预测结果较为准确。研究成果可为红黏土在不同应力路径及加卸速率下的变形参数和本构关系研究提供参考。

孙文静，李清华，孔 溢，李明玉

摘要:垃圾填埋场覆盖层的整体性和密封性对其隔离功能至关重要。目前，覆层材料多采用压实黏土，在干湿循环作用下易产生裂缝，导致屏障功能的丧失。生物炭因改善土体性能的潜力受到广泛关注，但关于生物炭-黏土混合土在干湿循环下的收缩开裂规律研究较为有限。为此，在干湿循环条件下，对不同生物炭掺量的生物炭-黏土混合土压实样进行裂缝发育试验，借助图像处理与分析软件CIAS对宏观收缩开裂图片进行定量化分析。通过计算机断层扫描（computed tomography，CT），研究不同干湿循环次数、生物炭掺量对生物炭-黏土混合土的孔隙结构变化及微观裂隙发育规律的影响。结果表明：随干湿循环次数的增加，生物炭-黏土混合土试样的收缩率、裂缝率、裂缝平均宽度始终小于黏土试样。定量结果表明：与黏土相比，添加5%、15%生物炭的混合土试样在经历6次干湿循环后，收缩率分别下降了6.1%、12.7%，裂缝率分别下降了12.6%、56.3%，裂缝平均宽度分别下降了5.37%、47.90%。CT结果表明：随干湿循环次数的增加，黏土试样的孔隙数量逐渐增多，经过6次循环后内部产生裂隙，而生物炭掺量为15%的混合土试样内部基本无裂隙产生。研究表明，在传统黏土覆层中加入生物炭可以改善其抗开裂特性，提高覆层土体的整体性，为填埋场的屏障功能提供有益的改进途径。

干湿循环作用下云母石英片岩波速劣化机制

张 凯，李志刚，徐光黎，周 烨，郭 霞，朱 伟，叶宏林

摘要:干湿循环作用是导致鄂西北片岩区滑坡、崩塌地质灾害多发的重要因素，而关于片岩在干湿循环作用下物理力学性能劣化机制的研究不足。针对鄂西北广泛分布的云母石英片岩，通过声波测试技术探究其波速在干湿循环作用下的劣化规律，并结合其试样表观特征及电镜扫描结果，从宏、微观角度探究其劣化机制。结果表明：（1）干湿循环作用下，云母石英片岩孔隙率总体呈逐渐增大的趋势，前5次增加速率快，增加幅度为43.74%，随后增加速率逐渐变缓、幅度变小；（2）云母石英片岩波速不断减小，呈现出前期下降快，后期逐渐趋于平缓的现象，沿径向与片理面大角度相交方向的波速劣化幅度最大，平行片理面方向的波速劣化幅度最小；（3）干燥状态下波速各向异性指数大幅增加；饱和状态下呈波动变化特征，各向性指数略有增大；（4）与片理面大角度相交方向的损伤程度指数最大，为0.280；平行片理方向的最小，为0.169；云母石英片岩试样不断有红褐色物质析出，片理面逐渐显化、扩展开裂；微孔隙、微裂隙不断发育扩展，孔隙率逐渐增大，导致其波速下降；孔隙、裂隙分布不均导致波速各向异性明显。研究成果可为探究干湿循环作用下岩石损伤劣化机理提供依据。

碳酸盐岩长期浸泡溶蚀特性及孔隙变化规律研究

王合龙，左双英，张 涛，陈世万，郑克勋

摘要:贵州省碳酸盐岩分布广泛，在地下水作用下会产生溶蚀现象，引发岩溶渗漏、崩塌以及地基稳定性变化等工程地质问题。为研究碳酸盐岩在自然水动力条件下的溶蚀特性与孔隙结构特征，以灰岩与白云岩为研究对象开展了700余天的野外溶蚀试验。采用不同时间段的溶蚀量和溶蚀速率描述溶蚀状态变化，利用数字图像处理技术和核磁共振技术对试验过程中岩石表面溶蚀形貌和内部孔隙结构进行表征。研究结果表明：（1）野外溶蚀接近2个水文年后，碳酸盐岩溶蚀速率与溶蚀量起伏波动减小；（2）碳酸盐岩表面溶孔发展受矿物成分控制，随溶蚀时间增长，白云岩表面发生选择性溶蚀，孔洞相较于灰岩发育明显，灰岩表面仅发育微小裂纹，呈现均匀性溶蚀；（3）碳酸盐岩孔隙结构变化主要受岩性与溶蚀时间共同影响，灰岩孔隙分布变化主要集中于0～0.10 μm微孔，而白云岩试样在0～0.10 μm和16.00～25.00 μm孔隙尺寸变幅最大，碳酸盐岩溶蚀受岩性、时间、水动力条件等影响明显，灰岩与白云岩溶蚀差异性较大。研究结果对深化较大时间跨度溶蚀作用下碳酸盐岩差异性溶蚀特性及岩溶微地貌演化规律的认识有一定意义。

岩体圆盘型裂隙直径概率密度分布的非参数估计

邵文娅，刘伟文，王晓明

摘要:裂隙直径及其分布形式是建立三维裂隙网络模型的关键参数，对工程岩体质量及稳定性评价有重要影响。为解决参数法依赖直径分布形式假设的问题，提出了一种基于迹长数据，根据圆截取弦长的比例估计直径概率密度分布的非参数法。具体方法如下：假设裂隙为Baecher圆盘，根据真实迹长分布直方图，计算各区间直径产生某一区间迹长的概率，由面密度和体密度之间的关系推出各区间直径的概率密度，进而得到裂隙直径概率密度分布直方图。为了验证方法的有效性，设计一个直径分别服从对数正态和负指数分布的模拟算例，将计算得出的直径均值和标准差与初始值进行比较，误差均在10%以内，证明该方法误差较小。最后将其应用于内蒙古满洲里市某露天矿边坡，根据实测迹长分布直方图得到裂隙直径的分布直方图，由此得到的模拟迹长与实测迹长服从同一分布，基于求解出的裂隙参数建立边坡裂隙网络模型，并对其块体稳定性进行分析，结果表明：边坡不稳定块体中单滑面块体占比较高，块体体积普遍较小。文章提出的方法可有效地估算裂隙直径的概率密度分布，对三维裂隙网络的精细表征及工程岩体评价具有重要意义。

堆填土边坡渗流-侵蚀耦合的连续介质力学模型

成群智，侯克鹏，陈耀华

摘要:由粗细混合颗粒组成的堆填土边坡，降雨入渗可能引起细颗粒的迁移从而改变土壤水力特性，影响边坡稳定性。为研究堆填土边坡内在的渗流-侵蚀耦合演化规律，基于连续介质力学理论，建立非饱和渗流与内部侵蚀的耦合模型。该模型基于COMSOL Multiphysics有限元程序，模拟均匀型、递增型、递减型、单峰型等4种降雨工况下非饱和堆填土边坡的渗流-侵蚀耦合响应规律，并结合无限边坡模型定量分析细颗粒迁移引发的土体渗透性和边坡稳定性。模拟结果表明：基于多孔介质5相混合物的假设，以连续介质力学理论推导出的孔隙率演变方程、可侵蚀细颗粒含量方程及液化细颗粒浓度方程能有效地反映由于渗流作用细颗粒侵蚀迁移导致的土体渗透性及稳定性变化。依赖COMSOL Multiphysics数值模拟平台，采用系数型偏微分方程建模（PDE）实现渗流场、应力场、孔隙率变化场、可侵蚀细颗粒含量场、液化细颗粒浓度场的多场多相耦合过程。土体孔隙率和液化细颗粒浓度随着湿润峰的推进和内部侵蚀的进行而增大，而可侵蚀细颗粒含量与之相反。内部侵蚀主要发生在湿润峰前沿，降雨类型对边坡的危害程度由大到小依次为：均匀型、递减型、单峰型、递增型。

考虑粗糙结构面强度退化的平面滑动型岩质边坡地震稳定性

刘红岩，张光雄，薛 雷，马 平，王福瑛，毛 烽，樊剑男

摘要:针对目前平面滑动型岩质边坡地震稳定性计算方法未能很好地考虑结构面粗糙度对边坡地震稳定性的影响，且夸大了震动磨损效应影响系数和相对运动速度效应影响系数对结构面强度震动退化的影响程度的不足等问题，采用理论分析对上述问题进行了研究。首先，在对目前常用的结构面剪切破坏准则进行对比分析的基础上，选取了能够考虑结构面粗糙度的Barton准则作为结构面抗剪强度准则。其次，认为震动磨损效应影响的仅仅是结构面粗糙度，而不包括基本摩擦角；同时相对运动速度效应影响的是结构面摩擦系数，而不是摩擦角。由此提出了修改后的平面滑动型岩质边坡地震稳定性系数计算公式。最后，采用参数敏感性分析研究了地震波峰值加速度、结构面基本摩擦角和粗糙度系数、结构面抗剪强度退化因子影响参数m和P0对边坡地震稳定性的影响规律。发现随着地震波峰值加速度和m的增加，边坡地震稳定性降低，而结构面基本摩擦角、粗糙度系数和P0边坡地震稳定性的影响则相反。研究成果可为边坡地震稳定性分析提供有益参考。

流域型滑坡堵江溃决洪水灾害链预测——以白格滑坡为例

唐健峰，胡卸文，谢维维，霍子豪，曹水合，王文沛

摘要:2018年10月及11月，西藏自治区江达县白格村金沙江右岸同一地点，先后发生两次大规模山体滑坡并形成堵江堰塞湖，堰塞湖回水及溃坝引发的洪水淹没了多个乡镇和村落，并对下游梯级电站的修建造成了巨大影响。遥感影像和实地调查分析揭示，两次滑坡后周缘残存大量潜在不稳定岩土体，特别是2022年12月左后缘残留体再次发生滑塌形成大量滑槽堆积体。观测表明上述岩土体未来仍存在发生失稳、导致滑坡堵江及次生灾害链形成的可能。为了评估和预测残留体失稳堵江及引发的连锁灾害过程对叶巴滩电站的影响，利用RAMMS、DB-IWHR和HEC-RAS数值模拟手段，基于残留体发展趋势进行组合，对不同组合堰塞湖形成-溃坝-洪水演进灾害链进行研究。结果表明：（1）两次滑坡事件后，滑坡周缘残留岩土体仍存大内部应力调整和缓慢变形，具有进一步失稳的趋势，最新勘测和监测资料显示，K1-1、K1-2、K1-3、K2-1、K2-2和K3区残留体存在较大失稳堵江风险；（2）组合⑨作为最不利工况，残留体规模435.11×104 m3，预测失稳滑坡堵江形成的堰塞体溢流坝高为48 m，堰塞体溃决峰值流量13079.35 m3/s，演进至叶巴滩电站洪峰流量衰减至9873.03 m3/s，演进时间稍有推迟。研究结果为白格滑坡再次堵江溃决洪水灾害风险预测、应急处置方案制定提供参考依据。

断层破碎带大型滑坡的降雨入渗模式与地下水渗流场研究

郭阳洁，张 明，王立朝，杨 龙，刘 涛，殷保国

摘要:获取地下水渗流场是揭示滑坡机理、进行滑坡稳定性评价与防治设计的重要前提。位于断层破碎带内的大型滑坡体渗透性极为不均，导致滑坡地下水渗流场和降雨入渗模式极其复杂，常规勘察手段难以查明。以甘肃省舟曲县坪定—化马断裂带断层破碎带牙豁口大型滑坡为对象，采用地面核磁共振、高密度电法和自然电位法，对滑坡的地下水渗流场进行精细化探测，结合牙豁口滑坡地质模型分析降雨及其入渗模式在滑坡失稳中的作用。结果显示：（1）滑坡地下水渗流场被两层滑带划分为第一层滑带之上的坡体单元和第一、二层滑带之间的坡体单元，由于探测时雨季刚过，两个坡体单元均基本处于饱和状态。（2）第一层滑带之上的坡体单元由降雨直接入渗使其饱和；由于滑带是相对隔水层，推断降雨先通过滑坡两侧和后缘断层破碎带优势通道垂直入渗后侧向补给，使第一、二滑带之间的坡体单元逐渐饱和。研究表明，地下水的动水压力及其对第一层滑带施加的浮托力可能是牙豁口滑坡发生的重要原因。

基于确定系数的滑坡易发性梯度评价模型优化研究

王 飞，周力维，闫铁生，刘彦麟，郑 晨，洪 伟

摘要:梯度提升模型（gradient boosting model，GBM）在滑坡易发性评价中表现出较强的预测性能，但因素的复杂性严重影响着评价结果的稳定性和准确性。为从输入层面提高GBM模型在易发性评价中的准确度，研究确定性系数（certainty factor，CF）联接法处理数据对梯度提升模型的优化效果。以浙江省永嘉县为研究区，通过斯皮尔曼相关系数和沙普利（Shapley）值筛选出10个评价因子，采用CF联接法优化自适应（Ada）、温和自适应（Gentle）、逻辑（Logit）和随机欠采样（RUS）4种梯度提升模型并进行对比。结果表明：研究区对滑坡影响最显著的因素由大至小分别为：高程、植被归一化指数、道路、坡度、水系、土地类型、泥沙运移指数、植被类型、岩性、降雨量；通过CF联接法优化可以使GBM模型的Kappa系数提升0.04～0.14，经过受试者特征曲线验证，除自适应提升模型预测性能提高较小外，其余模型的AUC值可以提高1%～7%，其中，CF-Logit Boosting模型精度最高；优化后的模型对极低易发和极高易发区的划分更加准确，表明CF联接法可以提高模型的准确性和稳定性。基于CF联接法优化的GBM模型可为减少数据复杂度、提高滑坡易发性评价的准确性提供理论参考。

断层诱发倾倒变形演化与斜坡变形失稳机理研究

丁玉龙，裴向军，李天涛，孙 昊，田京京，王守道，王 倩

摘要:2017年4月，中国河北省平泉市南洞子一处斜坡在经历多次开挖后出现大规模滑动变形迹象。通过开挖坡面揭示该斜坡为一处倾倒变形体，但斜坡周边岩层缓倾，地形平缓，在坡高和坡度等方面不具备发生倾倒变形的基本条件。基于这一特殊的倾倒变形现象，在野外地质调查的基础上，结合钻探方法，分析南洞子滑坡的原始斜坡倾倒变形演化过程及机制。利用变形监测和FLAC3D数值模拟，对倾倒堆积体变形失稳机制进行研究。研究结果表明：（1）南洞子滑坡为一处南北向的倾倒变形体，南老洞断裂横穿并尖灭于滑坡区内，构成了滑坡的右侧边界；（2）南洞子滑坡主要经历了初始变形、压缩弯曲、重力坠覆和滑移破坏等4个演化阶段；（3）临近断层和软硬互层岩体是造成原始斜坡发生倾倒变形的主导因素，整个倾倒变形是通过岩层压缩、弯曲、坠覆累积而成；（4）南洞子滑坡属于推移式滑坡，降雨和多期次开挖是堆积体发生滑移破坏的主导因素。研究结果对同类倾倒体的治理及稳定性评价研究具有重要的应用及参考价值。

融合机载LiDAR与数值模拟的舟曲硝水沟泥石流危险性量化评

宋晓玲，陈海龙，张永军，姚 鑫，黄 健，尹文旭

摘要:舟曲县地处青藏高原向黄土高原、四川盆地的过渡地带，为典型的高山峡谷地貌，境内沟谷纵横，断裂带发育，山区泥石流灾害频发，对人居安全和城镇建筑造成重大威胁。2022年7月，舟曲县地质灾害精细化风险调查发现，硝水沟后缘存在多处残坡积土物源，汛期暴发泥石流的可能性大。以硝水沟泥石流为典型实例，利用无人机搭载LiDAR结合光学摄影技术获取硝水沟地形数据，通过现场调查与三维建模分析，获取滑坡体积、泥石流物源总量等关键参数；采用FLO-2D软件模拟分析降雨频率为10%、5%、2%和1%条件下的硝水沟泥石流启动-运动-堆积全过程，并进行危险性分区评价。研究结果表明：硝水沟内总物源约为9×104m3，在极端暴雨条件下易发生泥石流灾害；模拟降雨频率逐渐增大，泥石流的规模变大，表现为泥石流最大堆积深度、流速及堆积范围均逐渐增大；泥石流危险区主要位于硝水沟的主沟道、支沟沟道及沟口道路两侧。研究成果可为当地泥石流防灾减灾提供理论参考。

生态地质与环境地质

北京市平原典型区地下水硫循环过程及其对砷富集的影响

鲍 睿，高志鹏，郭华明，丁 正，姜春平，李 遥，邢世平，王雨桐

摘要:北京市天然高砷（As）地下水的广泛分布显著制约了区域地下水资源的开发利用。地下水中硫（S）的循环过程是重要的水文地球化学过程之一，其对地下水As富集的影响机制尚不明确。研究选取北京市顺义区、通州区不同深度的地下水开展水化学组分、SO42-硫氧同位素及沉积物含硫矿物赋存形态的研究，旨在揭示地下水S循环过程对地下水As富集的影响。研究发现：（1）高浓度As和高浓度SO42-地下水主要分布于浅层含水层中，随着深度的增加，As和SO42-浓度呈降低趋势。（2）地下水δ34S-SO4与δ18O-SO4呈显著正相关，而与n（SO42-）/n（Cl-）(n为物质的量浓度)呈显著负相关，表明地下水中发生了SO42-生物还原过程；δ34S-SO4与As浓度呈正相关，而n（SO42-）/n（Cl−）与As浓度呈负相关，表明地下水中SO42-的还原促进As的释放；SO42-还原产生的H2S驱动含As铁氧化物的化学还原，从而导致As的释放。（3）不同深度沉积物中均检测出了较高含量的酸可挥发性硫（acid volatile sulfide, AVS）、铬还原性硫[Cr(II)-reducible sulfide, CRS]、单质硫（elemental sulfur, ES），为含水层中发生的S循环过程及其对地下水As富集的驱动作用提供了证据。研究揭示了地下水系统中S循环对As富集与转化的驱动机制，为基于S-As耦合的地下水As污染治理提供了理论支撑。

砷在河砂中迁移的流速与粒径效应：试验与模型研究

李哲映，单慧媚，陆梅媛，廖 千，周 海

摘要:流速与粒径是影响砷迁移的重要环境因素，在砷迁移机理的研究中得到了广泛的关注。然而，目前关于流速与粒径对砷迁移影响的数值模型研究较为有限。研究选取天然河砂作为介质，配制As(V)模拟液，开展批试验和柱试验，分析砷的动力学吸附、等温吸附和穿透曲线特征，构建流速和粒径影响下砷在河砂中迁移的数值模型，结合表征分析识别影响机理。结果发现：（1）化学吸附是河砂吸附砷的主要机制，主要发生在局部含铝铁氧化物的位置，同时存在表面吸附和颗粒内扩散作用；（2）相同体积细粒较粗粒河砂能吸附更多的砷，达到吸附平衡的时间更长，并且随着粒径和流速的增加，砷在砂柱中的穿透时间显著缩短；（3）基于对流-弥散-吸附作用构建的数值模型能够很好地拟合穿透试验结果（R2>0.97），模拟结果显示，砷在粗粒河砂中的迁移更容易受流速影响，在高流速细粒砂柱以及低流速粗粒砂柱中得到较高的弥散系数，并且固液分配系数和阻滞系数均随着流速和粒径的增大而减小，进一步证实低流速和细粒砂有利于砷的吸附，不利于砷的迁移。研究结果可为地下水砷污染控制提供科学依据与参考借鉴。

夏藏滩滑坡轻度放牧和禁牧草地坡面土壤侵蚀特征

张培豪，邢光延，胡夏嵩，赵吉美，刘昌义，周 ，岳 磊，李帅飞

摘要:黄河上游巨型滑坡分布区正面临着草地退化、边坡水土流失等生态环境问题。因此，对黄河上游滑坡分布区不同条件草地坡面土壤侵蚀进行定量评价，有助于解决相关的生态环境问题。文章选取位于黄河上游尖扎县的夏藏滩滑坡作为研究区，通过开展野外模拟降雨试验，探讨植被盖度（50%和80%）和降雨强度（0.42 mm/min和0.83 mm/min）对轻度放牧和禁牧草地坡面产流产沙过程及其特征的影响。结果表明：（1）增加植被盖度能有效延迟坡面初始产流时间以及降低坡面产流速率和产沙速率，植被盖度由50%增加到80%时，0.42 mm/min降雨强度下轻度放牧草地坡面初始产流时间延迟234.61%，平均产流速率和产沙速率分别降低29.46%和55.47%；（2）增大降雨强度会明显提前坡面初始产流时间以及提高坡面产流速率和产沙速率，降雨强度由0.42 mm/min增大到0.83 mm/min时，50%植被盖度的轻度放牧草地坡面初始产流时间提前40.91%，平均产流速率和产沙速率分别增大49.33%和28.86%；（3）草地禁牧可延迟坡面初始产流时间，降低坡面产流速率和产沙速率，0.42 mm/min降雨强度下，50%植被盖度的禁牧草地坡面相较于轻度放牧草地，初始产流时间延迟18.18%，平均产流速率和产沙速率分别降低10.39%和21.39%。研究结果可为黄河上游地区草地坡面土壤侵蚀评价及其防治提供参考和指导。

新型固化剂对荒漠区露天矿边坡复垦土壤抗侵蚀能力的影响

吕倩俐，杨晓龙，张艳阳，陆鹏东，郭千，曾册勋，康飞燕，古丽米热·艾麦提

摘要:新疆天山北麓矿产资源丰富，但生态环境相对脆弱，自我恢复能力差，多风沙和短时强降雨，导致露天采坑边坡土壤侵蚀问题严重。在土壤固化剂的种类中，纳米材料粒度小、比表面积大，可以很好地充填于粒间孔隙和粒内微孔；聚合物具有环境友好、有效和低剂量的特点，二者的使用越来越受到关注。为了提高矿山生态修复土壤的抗侵蚀能力，文章将不同比例掺量的纳米二氧化硅（Silica Nanoparticles，nano-SiO2）和聚丙烯酰胺（Polyacrylamide，PAM）作为添加剂（nano-SiO2与PAM质量比分别为2∶1、1∶1、0∶1、1∶0、1∶2、0∶0），采用物理边坡模型试验，测试不同冻融-干湿循环次数下（0，1，3，6，9，12，15次），掺入不同比例固化剂的土壤的抗侵蚀能力，结合扫描电镜试验探究改良机理，并进行植被对照试验。结果表明：（1）对边坡模型表面进行三维激光扫描，发现nano-SiO2与PAM质量比为1∶1时，三维色阶图表面更加平滑，异常的色彩和形态变化最少，而其余掺量的色阶图色彩和形态多变，说明掺量在1∶1时边坡模型产生的裂隙最少；随着循环次数的增加，色阶图中形成了新的色彩区域，说明边坡内部形成了更多的孔隙和裂缝。（2）nano-SiO2改良土壤的机理主要为填充作用、表面能效应，PAM改良土壤的机理主要为吸附作用、絮凝作用、保水作用。（3）植物生长试验中，在第28天，素土土壤中的植株趋于枯萎，而改良土壤中的植株继续茁壮成长，说明添加nano-SiO2与PAM不仅提高了发芽率，而且延长了植株的寿命。研究显示，掺入1∶1配比的nano-SiO2与PAM对天山北麓复垦土壤的抗侵蚀性改良效果最佳。通过添加环境友好型的新型固化剂为天山北麓矿山生态修复提供了新思路，且价格低廉，具有良好的应用前景。