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我所唐朝生教授在Earth-Science Reviews上发表土体龟裂研究长篇综述

土体是人类工程地质活动的主要载体,也是一种必不可少的工程材料,被广泛应用于许多领域。然而,在干旱气候环境中,土体极易发生干缩开裂,在表面形成纵横交错的裂隙网络,这种现象即人们所熟悉的龟裂,在自然界中很常见(图1)。对一些黏性土或者含黏粒含量较高的膨胀土而言,更是如此。

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图1 自然界中常见的土体龟裂现象

龟裂的产生对土体的工程性质有重要影响,并由此而导致各种工程地质问题和灾害(图2)。如裂隙会极大破坏土体的整体性,弱化土体的力学性质,增加土体的压缩性,导致地表建筑结构及基础设施的安全性降低;裂隙会成倍增加土体的渗透性,对水利设施、垃圾填埋场和核废物处置库中防渗屏障的功能性和结构稳定性产生负面影响;裂隙会破坏土体的结构,降低土体的强度,同时为雨水快速入渗土体内部提供便捷通道,加速边坡失稳,诱发滑坡和泥石流等灾害;裂隙会增加土体的风化深度,加重坡面水土流失及土遗址劣化,破坏生态环境;裂隙会增加土体的蒸发量,降低土体的持水能力,影响植被生长,强化土地荒漠化和沙漠化进程;裂隙会改变微地表地形地貌,干扰近地表空气动力学风场,促进风蚀作用,为沙尘暴的发生提供有利条件。不仅如此,地层中保存下来的裂隙网络几何形态特征还可以用于指示古气候环境及地质条件。因此,土体龟裂的问题涉及地质、水利、土木、环境、大气等许多学科领域,哪里有干旱,哪里就会有土体的龟裂问题。近些年,受全球气候变化影响,极端干旱和高温天气发生频率呈显著增加趋势,土体龟裂问题越来越突出,得到国内外学者越来越多的关注。掌握土体龟裂的发育规律及机理,对防治干旱气候条件下的岩土和地质工程问题、保护地质环境和分析土体的灾变过程具有重要的理论和现实意义。

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图2 与土体龟裂相关的工程地质与环境地质问题示意图

 我院唐朝生教授自2003年开始在国内率先开展土体龟裂研究工作,在过去的18年中,连续获得了国家自然科学基金面上项目、优青项目、杰青项目及国家重点研发计划课题等资助,在土体龟裂研究方法、演化规律、发育机理、影响因素、防治技术等方面取得了系统性成果,形成了自己的特色,得到了国内外同行的认可。为了能让该领域的科研人员更好地掌握土体龟裂的研究进展,唐朝生教授及其合作者经过长时间的精心准备,收集了400多篇文献资料,撰写了题为“Desiccation cracking of soils: A review of investigation approaches, underlying mechanisms, and influencing factors”的长篇综述论文,近期发表在国际地学顶级期刊Earth-Science Reviews上。全文总计42000余字,分为7个章节,系统归纳了国际上关于土体龟裂研究分析方法、理论模型、数值仿真、龟裂形成与演化过程、裂隙发育机理、影响因素的研究进展,总结了该课题研究目前存在的不足,并提出了今后的研究重点和方向。该论文既是唐朝生团队过去18年来在土体龟裂方面所获成果的系统总结,也是一项及时、全面、深入的国际土体龟裂基础性研究成果汇总与分析,对该领域后续科学研究工作的开展具有指导作用,对农业、土壤、生态等其他学科的相关研究亦有参考和借鉴意义。

该论文第一单位为南京大学,我院唐朝生教授为第一作者,唐朝生教授与美国Rowan University的Cheng Zhu博士为共同通讯作者。

论文全文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0012825221000866


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