Clay 2004 Annual County Profile, 2004

County Profile

Méthodes sismiques actives adaptées à l'étude de milieux hétérogènes : application aux glissements de terrain

Résumé Les glissements de terrain représentent un des principaux risques naturels dans les régions montagneuses. En Suisse, chaque année les glissements de terrains causent des dégâts qui affectent les infrastructures et ont des coûts financiers importants. Une bonne compréhension des mécanismes des glissements peut permettre d'atténuer leur impact. Celle-ci passe notamment par la connaissance de la structure interne du glissement, la détermination de son volume et de son ou ses plans de glissement. Dans un glissement de terrain, la désorganisation et la présence de fractures dans le matériel déplacé engendre un changement des paramètres physiques et en particulier une diminution des vitesses de propagation des ondes sismiques ainsi que de la densité du matériel. Les méthodes sismiques sont de ce fait bien adaptées à l'étude des glissements de terrain. Parmi les méthodes sismiques, l'analyse de la dispersion des ondes de surface est une méthode simple à mettre en oeuvre. Elle présente l'avantage d'estimer les variations des vitesses de cisaillement avec la profondeur sans avoir spécifiquement recours à l'utilisation d'une source d'onde S et de géophones horizontaux. Sa mise en oeuvre en trois étapes implique la mesure de la dispersion des ondes de surface sur des réseaux étendus, la détermination des courbes de dispersion pour finir par l'inversion de ces courbes. Les modèles de vitesse obtenus à partir de cette procédure ne sont valides que lorsque les milieux explorés ne présentent pas de variations latérales. En pratique cette hypothèse est rarement vérifiée, notamment pour un glissement de terrain dans lequel les couches remaniées sont susceptibles de présenter de fortes hétérogénéités latérales. Pour évaluer la possibilité de déterminer des courbes de dispersion à partir de réseaux de faible extension des mesures testes ont été effectuées sur un site (Arnex, VD) équipé d'un forage. Un profil sismique de 190 m de long a été implanté dans une vallée creusée dans du calcaire et remplie par des dépôts glacio-lacustres d'une trentaine de mètres d'épaisseur. Les données acquises le long de ce profil ont confirmé que la présence de variations latérales sous le réseau de géophones affecte l'allure des courbes de dispersion jusqu'à parfois empêcher leur détermination. Pour utiliser l'analyse de la dispersion des ondes de surface sur des sites présentant des variations latérales, notre approche consiste à déterminer les courbes de dispersions pour une série de réseaux de faible extension, à inverser chacune des courbes et à interpoler les différents modèles de vitesse obtenus. Le choix de la position ainsi que de l'extension des différents réseaux de géophones est important. Il tient compte de la localisation des hétérogénéités détectées à partir de l'analyse de sismique réfraction, mais également d'anomalies d'amplitudes observées sur des cartes qui représentent dans le domaine position de tir - position du récepteur, l'amplitude mesurée pour différentes fréquences. La procédure proposée par Lin et Lin (2007) s'est avérée être une méthode efficace permettant de déterminer des courbes de dispersion à partir de réseaux de faible extension. Elle consiste à construire à partir d'un réseau de géophones et de plusieurs positions de tir un enregistrement temps-déports qui tient compte d'une large gamme de distances source-récepteur. Au moment d'assembler les différentes données une correction de phase est appliquée pour tenir compte des hétérogénéités situées entre les différents points de tir. Pour évaluer cette correction nous suggérons de calculer pour deux tir successif la densité spectrale croisée des traces de même offset: Sur le site d'Arnex, 22 courbes de dispersions ont été déterminées pour de réseaux de géophones de 10 m d'extension. Nous avons également profité du forage pour acquérir un profil de sismique verticale en ondes S. Le modèle de vitesse S déduit de l'interprétation du profil de sismique verticale est utilisé comme information à priori lors l'inversion des différentes courbes de dispersion. Finalement, le modèle en deux dimension qui a été établi grâce à l'analyse de la dispersion des ondes de surface met en évidence une structure tabulaire à trois couches dont les limites coïncident bien avec les limites lithologiques observées dans le forage. Dans celui-ci des argiles limoneuses associées à une vitesse de propagation des ondes S de l'ordre de 175 m/s surmontent vers 9 m de profondeur des dépôts de moraine argilo-sableuse caractérisés par des vitesses de propagation des ondes S de l'ordre de 300 m/s jusqu'à 14 m de profondeur et supérieur ou égal à 400 m/s entre 14 et 20 m de profondeur. Le glissement de la Grande Combe (Ballaigues, VD) se produit à l'intérieur du remplissage quaternaire d'une combe creusée dans des calcaires Portlandien. Comme dans le cas du site d'Arnex les dépôts quaternaires correspondent à des dépôts glacio-lacustres. Dans la partie supérieure la surface de glissement a été localisée à une vingtaine de mètres de profondeur au niveau de l'interface qui sépare des dépôts de moraine jurassienne et des dépôts glacio-lacustres. Au pied du glissement 14 courbes de dispersions ont été déterminées sur des réseaux de 10 m d'extension le long d'un profil de 144 m. Les courbes obtenues sont discontinues et définies pour un domaine de fréquence de 7 à 35 Hz. Grâce à l'utilisation de distances source-récepteur entre 8 et 72 m, 2 à 4 modes de propagation ont été identifiés pour chacune des courbes. Lors de l'inversion des courbes de dispersion la prise en compte des différents modes de propagation a permis d'étendre la profondeur d'investigation jusqu'à une vingtaine de mètres de profondeur. Le modèle en deux dimensions permet de distinguer 4 couches (Vs1 < 175 m/s, 175 m/s < Vs2 < 225 m/s, 225 m/s < Vs3 < 400 m/s et Vs4 >.400 m/s) qui présentent des variations d'épaisseur. Des profils de sismiques réflexion en ondes S acquis avec une source construite dans le cadre de ce travail, complètent et corroborent le modèle établi à partir de l'analyse de la dispersion des ondes de surface. Un réflecteur localisé entre 5 et 10 m de profondeur et associé à une vitesse de sommation de 180 m/s souligne notamment la géométrie de l'interface qui sépare la deuxième de la troisième couche du modèle établi à partir de l'analyse de la dispersion des ondes de surface. Abstract Landslides are one of the main natural hazards in mountainous regions. In Switzerland, landslides cause damages every year that impact infrastructures and have important financial costs. In depth understanding of sliding mechanisms may help limiting their impact. In particular, this can be achieved through a better knowledge of the internal structure of the landslide, the determination of its volume and its sliding surface or surfaces In a landslide, the disorganization and the presence of fractures in the displaced material generate a change of the physical parameters and in particular a decrease of the seismic velocities and of the material density. Therefoe, seismic methods are well adapted to the study of landslides. Among seismic methods, surface-wave dispersion analysis is a easy to implement. Through it, shearwave velocity variations with depth can be estimated without having to resort to an S-wave source and to horizontal geophones. Its 3-step implementation implies measurement of surface-wave dispersion with long arrays, determination of the dispersion curves and finally inversion of these curves. Velocity models obtained through this approach are only valid when the investigated medium does not include lateral variations. In practice, this assumption is seldom correct, in particular for landslides in which reshaped layers likely include strong lateral heterogeneities. To assess the possibility of determining dispersion curves from short array lengths we carried out tests measurements on a site (Arnex, VD) that includes a borehole. A 190 m long seismic profile was acquired in a valley carved into limestone and filled with 30 m of glacio-lacustrine sediments. The data acquired along this profile confirmed that the presence of lateral variations under the geophone array influences the dispersion-curve shape so much that it sometimes preventes the dispersion curves determination. Our approach to use the analysis of surface-wave dispersion on sites that include lateral variations consists in obtaining dispersion curves for a series of short length arrays; inverting each so obtained curve and interpolating the different obtained velocity model. The choice of the location as well as the geophone array length is important. It takes into account the location of the heterogeneities that are revealed by the seismic refraction interpretation of the data but also, the location of signal amplitude anomalies observed on maps that represent, for a given frequency, the measured amplitude in the shot position - receiver position domain. The procedure proposed by Lin and Lin (2007) turned out to be an efficient one to determine dispersion curves using short extension arrays. It consists in building a time-offset from an array of geophones with a wide offset range by gathering seismograms acquired with different source-to-receiver offsets. When assembling the different data, a phase correction is applied in order to reduce static phase error induced by lateral variation. To evaluate this correction, we suggest to calculate, for two successive shots, the cross power spectral density of common offset traces. On the Arnex site, 22 curves were determined with 10m in length geophone-arrays. We also took advantage of the borehole to acquire a S-wave vertical seismic profile. The S-wave velocity depth model derived from the vertical seismic profile interpretation is used as prior information in the inversion of the dispersion-curves. Finally a 2D velocity model was established from the analysis of the different dispersion curves. It reveals a 3-layer structure in good agreement with the observed lithologies in the borehole. In it a clay layer with a shear-wave of 175 m/s shear-wave velocity overlies a clayey-sandy till layer at 9 m depth that is characterized down to 14 m by a 300 m/s S-wave velocity; these deposits have a S-wave velocity of 400 m/s between depths of 14 to 20 m. The La Grand Combe landslide (Ballaigues, VD) occurs inside the Quaternary filling of a valley carved into Portlandien limestone. As at the Arnex site, the Quaternary deposits correspond to glaciolacustrine sediments. In the upper part of the landslide, the sliding surface is located at a depth of about 20 m that coincides with the discontinuity between Jurassian till and glacio-lacustrine deposits. At the toe of the landslide, we defined 14 dispersion curves along a 144 m long profile using 10 m long geophone arrays. The obtained curves are discontinuous and defined within a frequency range of 7 to 35 Hz. The use of a wide range of offsets (from 8 to 72 m) enabled us to determine 2 to 4 mode of propagation for each dispersion curve. Taking these higher modes into consideration for dispersion curve inversion allowed us to reach an investigation depth of about 20 m. A four layer 2D model was derived (Vs1< 175 m/s, 175 m/s <Vs2< 225 m/s, 225 m/s < Vs3 < 400 m/s, Vs4> 400 m/s) with variable layer thicknesses. S-wave seismic reflection profiles acquired with a source built as part of this work complete and the velocity model revealed by surface-wave analysis. In particular, reflector at a depth of 5 to 10 m associated with a 180 m/s stacking velocity image the geometry of the discontinuity between the second and third layer of the model derived from the surface-wave dispersion analysis.

Soil Survey of Clay County, Iowa, 2005

The general soil map, which is a color map, shows the survey area divided into groups of associated soils called general soil map units. This map is useful in planning the use and management of large areas. To find information about your area of interest, locate that area on the map, identify the name of the map unit in the area on the color-coded map legend, then refer to the section General Soil Map Units for a general description of the soils in your area.

Study of the combined radial post-feeding dispersion of the blowflies Chrysomya megacephala (Fabricius) and C. albiceps (Wiedemann) (Diptera, Calliphoridae)

Blowflies use discrete and ephemeral substrates to feed their larvae. After they run out of food, the larvae begin to disperse in order to find adequate places for pupation or additional food sources, a process named post-feeding larval dispersion. Some important aspects of this process were studied in a circular arena allowing the combined radial post-feeding dispersion from the center of the arena of C. albiceps and C. megacephala larvae. To determine the location of each pupa, the arena was divided in 72 identical sections starting from the center. The distance from the center, the depth and weight of each pupa were evaluated. Statistical tests were done to verify the relation between weight, depth and distance for pupation. From the total an average of 976 larvae released (488 for each species) were collected considering both experiments 456 C. megacephala pupae and 488 of C. albiceps. This demonstrates that C. albiceps probably preyed on 32 C. megacephala larvae during post-feeding dispersion. The study of this dispersion process can be used to estimate the postmortem interval (PMI) of human cadavers in legal medicine.

Comprendre la dispersion des espèces dans l'espace et dans le temps : un défi pour les biogéographes

De tout temps, l'homme s'est interrogé sur les facteurs qui régissent la distribution des espèces. Comment se dispersent-elles? Comment occupent-elles un milieu? Pourquoi certaines caractéristiques biologiques d'une même entité spécifique varient-elles en différents points de l'espace? Pour répondre à ces questions, il faut faire appel à de nombreuses disciplines scientifiques, telles que l'écologie, la géologie, la climatologie ou la paléontologie. Comprendre la distribution spatiale de la vie, quel que soit le niveau taxonomique, tel est l'objectif de la biogéographie

Nutrient leaching potential following application of papermill lime-sludge to an acidic clay soil

This experiment was carried out under greenhouse conditions with soil pots during 210 days, to evaluate the effect of calcitic papermill lime-sludge application (at the rates 0, 773, 1.547, and 2.320 mg kg-1 or respective equivalents to control, 2, 4, and 6 t ha-1), on chemical composition of soil leachate and its effects on eucalypt growth and yield. Highest soil leachate pH, SO4, and Na concentrations occurred in the 4 and 6 t ha-1 treatments. Soil leachate nitrate concentrations decreased with increasing lime-sludge rate. Soil leachate phosphate remained low (below the detection limit) in all treatments until 120 days, while the concentration increased in the lime-sludge treatments at 210 days (last sampling) in about 600 mg L-1. Lime-sludge decreased leachate Mg concentration, but had no significant effect among rates. Soil leachate Ca, K, B, Cu, Fe, and Zn did not change significantly for any lime-sludge application rates. The maximum NO3, Ca, Mg, K, and Na concentrations in the soil leachate occurred at 60 days after lime-sludge application (leaching equivalent to 1 pore volume), but for pH and SO4, the maximum occurred at 210 days (leaching equivalent to 4 pore volumes). Lime-sludge application decreased the concentration of exchangeable Al in the soil. Plant diameter growth and dry matter yield were increased with increasing lime-sludge rate. Beneficial effects on mineral nutrition (P, K, Ca, B, and Zn) of eucalypts were also obtained by the application of 4 and 6 t ha-1 of lime-sludge.

Accurate calculations of intermolecular interaction energies using explicitly correlated coupled cluster wave functions and a dispersion-weighted MP2 method.

Explicitly correlated coupled-cluster calculations of intermolecular interaction energies for the S22 benchmark set of Jurecka, Sponer, Cerny, and Hobza (Chem. Phys. Phys. Chem. 2006, 8, 1985) are presented. Results obtained with the recently proposed CCSD(T)-F12a method and augmented double-zeta basis sets are found to be in very close agreement with basis set extrapolated conventional CCSD(T) results. Furthermore, we propose a dispersion-weighted MP2 (DW-MP2) approximation that combines the good accuracy of MP2 for complexes with predominately electrostatic bonding and SCS-MP2 for dispersion-dominated ones. The MP2-F12 and SCS-MP2-F12 correlation energies are weighted by a switching function that depends on the relative HF and correlation contributions to the interaction energy. For the S22 set, this yields a mean absolute deviation of 0.2 kcal/mol from the CCSD(T)-F12a results. The method, which allows obtaining accurate results at low cost, is also tested for a number of dimers that are not in the training set.

Ambient seismic noise monitoring of a clay landslide: Toward failure prediction

Given that clay-rich landslides may become mobilized, leading to rapid mass movements (earthflows and debris flows), they pose critical problems in risk management worldwide. The most widely proposed mechanism leading to such flow-like movements is the increase in water pore pressure in the sliding mass, generating partial or complete liquefaction. This solid-to-liquid transition results in a dramatic reduction of mechanical rigidity in the liquefied zones, which could be detected by monitoring shear wave velocity variations. With this purpose in mind, the ambient seismic noise correlation technique has been applied to measure the variation in the seismic surface wave velocity in the Pont Bourquin landslide (Swiss Alps). This small but active composite earthslide-earthflow was equipped with continuously recording seismic sensors during spring and summer 2010. An earthslide of a few thousand cubic meters was triggered in mid-August 2010, after a rainy period. This article shows that the seismic velocity of the sliding material, measured from daily noise correlograms, decreased continuously and rapidly for several days prior to the catastrophic event. From a spectral analysis of the velocity decrease, it was possible to determine the location of the change at the base of the sliding layer. These results demonstrate that ambient seismic noise can be used to detect rigidity variations before failure and could potentially be used to predict landslides.

Bulk-plasmon dispersion relations in metals

Using an extended-random-phase-approximation sum-rule technique, we have investigated the bulk-plasmon dispersion relation, incorporating in a simple way exchange and correlation effects within the jellium model. The results obtained are compared with recent experimental findings. The key role played by exchange and correlation effects in improving the agreement between theory and experiment is stressed. The static polarizability has also been calculated as a function of q. The formulas can be easily modified to incorporate band-structure effects (through an intraband electron effective mass) and core-polarization effects (through a static dielectric constant).