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高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法研究进展
李露露, 周志超, 邵景力, 崔亚莉, 赵敬波
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010061
摘要(13) HTML(3) PDF (3138KB)(20)
摘要:
地下水流数值模型不仅是认识深部水动力场形成演化机制的有效工具,也是建立核素迁移数值模型的基础,因而是高放废物处置场选址和安全评价中重要的技术手段。高放废物深地质处置地下水流数值模拟方法较多,如何选择适当的方法也是值得关注的问题。本文针对高放废物深地质处置地下水流数值模拟技术展开研究,通过阅读大量国内外文献,文章系统阐述了目前常用的4 类地下水流数值模拟方法的研究进展、适用条件和实例应用;综述了深地质处置中常用的模型不确定性分析方法及研究成果,列表给出了适用于放射性废物地质处置的地下水流数值模拟软件及其在废物处置选择和安全评价中的应用。研究结果表明:等效连续介质模型适用于大区域、长序列、裂隙发育程度较高或较均匀的地区,该类模型方法成熟、所需的数据和参数易于获得,但是不能精确刻画裂隙介质中地下水的流动特征。离散裂隙网络模型适合解决处置场地、储罐尺度等需要精细刻画的地下水流问题,但由于需要大量裂隙及其连通性数据、相关参数等,该方法存在着工作量大、耗时多的缺点。双重介质模型主要用于解决区域尺度裂隙水流问题,但并不能表现出裂隙介质的各向异性、不连续性等特征,因而适用范围存在一定的限制。等效-离散耦合模型可以通过区域分解法对裂隙密度大的区域采用等效连续介质模型,对于裂隙密度较小的地区采用离散裂隙网络模型,从而更符合一般地质条件下裂隙渗流的特征,但也存在交换量难以确定、两类模型耦合技术上的问题。通过灵敏度分析将不同敏感因子对模型敏感指标的影响程度进行排序,提高模型精度、减少参数不确定性分析的工作量。蒙特卡罗法是目前常用的一种模型不确定性方法,原理简单、易于实现。最后展望了数值模型在仿真性、不确定性分析、预测和多介质耦合等方面的研究前景。
干湿过程中膨胀土最大剪切模量及其预测
陈伟, 孙德安, 张俊然
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012033
摘要(11) HTML(11) PDF (3800KB)(17)
摘要:
为了研究膨胀土在天然环境下的动力特性,本文利用装有弯曲元的三轴仪对南阳膨胀土原状样和重塑样进行了最大剪切模量的测试试验。试验包括在不同围压下的饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量测试;将初始干密度相近的原状样和重塑样分别进行脱湿和吸湿,量测整个过程中最大剪切模量的变化,并结合孔隙比进行分析。试验结果表明:饱和南阳膨胀土的最大剪切模量随着围压增大而增大;脱湿过程中南阳膨胀土最大剪切模量与含水率关系曲线要高于吸湿过程的曲线,即最大剪切模量与含水率关系存在滞回特性,这主要是吸力作用的缘故;初始干密度相近条件下原状样的最大剪切模量比重塑样的要小,这是由于原状样内部存在较多大孔隙。本文最后对饱和土最大剪切模量公式进行改进,使之适用于非饱和原状南阳膨胀土最大剪切模量的预测。
基于离散元法的砂石混合体直剪试验结果分析
苏永华, 王栋
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012029
摘要(12) HTML(5) PDF (4826KB)(17)
摘要:
砂石混合体由力学性质以及结构相差极大的材料组成,其组成的重塑地层易发生塌陷等问题,因此对砂石混合体力学特性的研究具有重要的工程意义。砾石形状是砂砾石力学特性研究的重要属性参数,但采用规则图形对砾石进行描述不能反映出其真实的力学性质,采用数字图像处理技术构建的砾石数据库能反映砾石真实形状并可对特定形状参数进行具体分析。由于砂石混合体的粒径分布较广,采用特征粒径等无法描述整体粒度分布,故本文结合分形理论构建砂石混合体的二重分形结构模型,通过粒度分维值反演出完整的级配分布曲线。考虑到砂石混合体离散型的特点,采用离散元软件进行直剪试验数值模拟并对细观结构进行分析,研究结果表明,砂石混合体一般具有2个粒度分维值:砂粒度分维值和砾石粒度分维值,砂、砾石粒度分维值越接近,抗剪强度和内摩擦角越大;当两者相等时,砂石混合体具有一重分维,此时均一性最好,抗剪强度和内摩擦角最大;轴向系数是形容砾石形状的一个重要参数,随着轴向系数的增加,砾石显示出明显的条状性,在直剪试验中抗转动能力增强、周围接触数量增加,导致抗剪强度和内摩擦角不断增加。
1965年烂泥沟滑坡前兆、高速远程运动及后期演化特征
文宝萍, 王凡
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202108065
摘要(0) HTML(0) PDF (4050KB)(0)
摘要:
烂泥沟滑坡是我国最著名的巨型高速远程滑坡之一。1965年烂泥沟滑坡活动造成近百年来最严重的单体滑坡灾害。此后,1991年和2007年滑坡又经历2次较大规模活动。然而,对于1965年烂泥沟滑坡前兆和2个序次活动的成生关系、此后滑坡活动特征,尚无定论;对滑坡现今状态尚不清楚。本文基于多时相、多源遥感影像及近期无人机测量和现场调查数据,对上述问题进行了分析。研究发现,1965年滑坡前,滑源区北侧山地表开裂明显;1965年11月22日、23日2次滑动为北、南两侧山体分别滑动;其成生关系是:北侧山体沿倾向坡外结构面高位剪出,高速冲向南侧山坡,受其冲击,南两侧山体次日沿倾向坡外结构面高位、高速滑出,第一序次滑动规模远大于第二序次;高速运动的部分滑坡碎屑流从流通区北侧山坡飞跃通过、铲刮冲击强烈,滑坡碎屑流最远运动至烂泥沟与普福河交汇处向东2.8 km;1991年滑坡滑源区紧邻1965年北侧滑坡的西北边界,滑坡碎屑流终止于沟道中段;2007年滑坡滑源区位于1991年滑源区上部,滑坡碎屑流运动距离略小于1991滑坡碎屑流。目前,滑源区西北侧、西南侧山坡上地表开裂明显,西北侧山坡上其中一条裂缝扩展速率约16.7 m/a,西南侧山坡上裂缝扩展迹象不明显。因此,西北侧山坡显示再次滑动之势,须引起关注。
基于物理模型试验的碎屑流流态化运动特征分析
龙艳梅, 宋章, 王玉峰, 程谦恭, 李坤, 吴越
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011035
摘要(2) HTML(2) PDF (4119KB)(0)
摘要:
流态化运动是高速远程滑坡的主要运动形式,是揭示高速远程滑坡运动机理的重要基础。本文基于粒子图像测速(PIV)分析方法,采用物理模型试验对不同粒径组成条件下的颗粒流内部的速度分布特征、剪切变形特征及流态特征进行了研究,并对高速远程滑坡流态化运动特征进行了讨论分析。结果表明,碎屑流流态化运动特征与颗粒粒径呈显著的相关性,随着粒径的减小或细颗粒含量的增加,颗粒流底部相对于边界的滑动速度以及整体的运动速度均呈现逐渐减小的趋势,颗粒流内部剪切变形程度增加,颗粒的运动形式由“滑动”向“流动”转变。当颗粒粒径较小或细颗粒含量较高时,颗粒流内部剪切速率增大的趋势在颗粒流底部更加显著,反映了粒径减小有助于促进颗粒流内部剪切向底部的集中。在同一颗粒流的不同运动阶段及不同纵向深度,其流态特征具有显著差别,颗粒流前缘及尾部主要呈惯性态,颗粒间以碰撞作用为主,而主体部分则主要呈密集态,颗粒间以摩擦接触作用为主;在颗粒流表面及底部,颗粒间相互作用方式主要是碰撞作用,中间部分则以摩擦作用为主。对于不同粒径的颗粒流,随着粒径的增大或粗颗粒含量的增加,颗粒流内部颗粒的碰撞作用加强,颗粒流整体趋于向惯性态转变。
舟曲江顶崖滑坡的早期判识及风险评估研究
韩旭东, 付杰, 李严严, 王高峰, 曹琛
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104028
摘要(2) HTML(1) PDF (3610KB)(0)
摘要:
如何提前判识滑坡变形并对其进行早期风险评估已成为地质灾害防治领域的研究热点。文章以舟曲白龙江流域江顶崖堆积层滑坡为反分析案例,进行了滑坡变形早期判识及风险评估综合研究,提出了小基线集雷达干涉(SBAS-InSAR)技术解译分析、地质-力学联合分析、动力过程数值模拟分析三者相结合的滑坡变形早期判识与风险评估全流程分析模式。基于SBAS-InSAR技术解译能够准确地判识江顶崖滑坡的分布范围及早期形变特征,江顶崖滑坡的变形破坏模式为牵引式,滑坡体的平面特征为长度约680 m,宽度约210 m。基于早期识别信息,地质-力学联合分析结果表明江顶崖滑坡为典型的老堆积层滑坡前缘局部变形,破坏模式为牵引式,滑坡体平均厚度约35 m,滑床整体坡度较缓,失稳后运移速度不大。选取符合江顶崖滑坡体滑移摩擦特征的库伦摩擦模型,基于深度积分连续介质方程,分析计算滑坡体的动力学过程,结果表明,滑坡体滑移速度不大,最大值约为2.2 m/s,运动方式表现为推挤白龙江河道,堵江可能性较小,并且江顶崖滑坡体前缘错动完成后,该滑坡体滑移速度从前缘到后缘快速降为0,表现为牵引式运动特征。本次分析结果与实际相符,吻合度较高,采取的综合分析方法及研究模式可用于舟曲白龙江沿岸类似滑坡的早期判识及风险评估。
地下水井水位及化学组分的同震差异响应特征分析—以青白江5.1级地震为例
顾鸿宇, 王东辉, 李胜伟, 郑万模, 刘港, 向元英, 李丹, 陈能德
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104019
摘要(5)
摘要:
相邻监测井的同震差异响应分析是研究地下水同震响应机理的路径之一。2020年2月3号青白江地震引发了龙泉山地下水监测井水位及水质的异常变化。利用多种水化学组分及水位的自动监测数据分析了相邻两口监测井的同震差异响应特征,讨论了水化学组分及水位差异响应机理。在相同能量密度情况下,ZK1水位变幅较ZK6大,表明ZK1对本次地震响应的敏感性高于ZK6。地震主要引起了处于还原环境(Eh<0)的第二含水层(主要离子为${\rm{NH}}_4^+ $${\rm{NO}}_3^- $)中地下水向ZK1的排泄,而处于氧化环境(Eh>0)的第一含水层(高浓度Cl,高TDS及pH)中地下水主要向ZK6排泄。不同含水层水体向井排泄和混合是造成两口井地下水化学组分差异响应的原因。根据震后井水位及水化学组分的趋势变化规律分析,岩体在地震作用下的不排水体积改变是造成地下水水位阶跃变化的主要原因,ZK1周围第二含水层发生了塑性变形,渗透性发生了永久改变,而ZK6周围岩体发生弹性变形,渗透性未发生永久改变。
吉木萨尔超排液氢氧同位素特征及地下水含量计算
贾俊, 王亮, 孟云涛
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103045
摘要(4) HTML(3) PDF (3520KB)(0)
摘要:
压裂返排液对环境安全和人类健康构成巨大挑战,也为地质和工程应用研究提供了宝贵资料。新疆吉木萨尔芦草沟组压裂返排液存在超排现象,为了揭示超排液来源与组成,获取原始地层卤水地球化学信息,在缺乏地下水采样情况下,系统采集研究区内两口水平井压裂液、压裂返排液和地表水样品,测定并分析其氢、氧同位素组成及随返排时间动态变异特征。在对水岩作用可能引起的同位素交换分析厘定基础上,分别测算地下水氧同位素组成及返排液中地下水含量。结果表明:相对于富D贫18O的地表水和压裂液,返排液样点明显偏离该地区大气降水线,18O同位素发生了正漂移,D同位素呈现负漂移,其水体来源发生了变化。依据返排液δ18O实测数据随返排时间的收敛模型,计算地下水δ18O为−6.902‰;返排第60天,返排液中的地下水含量分别为84%、81%,尚有43 283.4,39 150.3 m3压裂液未返出,即随着压裂改造缝不断延伸,返排时间的延长,前期注入的压裂液绝大部分仍滞留于地层中,超排液来源为持续混入的地下水。
降雨诱发直线型黄土填方边坡失稳模型试验
陈林万, 张晓超, 裴向军, 张硕, 龚伟翔, 钟玉健
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010041
摘要(3) HTML(1) PDF (3926KB)(0)
摘要:
近年来,随着“治沟造地”和“固沟保塬”等工程在黄土高原的陆续开展,出现了许多直线型黄土填方边坡。降雨是诱发边坡失稳的重要因素,但对降雨诱发直线型黄土填方边坡变形演化特征和破坏模式的研究较少。以直线型黄土填方边坡为研究对象,通过传感器监测、三维激光扫描和人工降雨,开展室内降雨模型试验,记录了降雨入渗下边坡内部水文响应特征和边坡失稳破坏过程,并对湿润锋、土颗粒运移、坡体内部变形响应、裂缝演化特征及破坏模式进行了分析。试验结果表明:随着降雨入渗,湿润锋达到后,体积含水率增加,并在峰值后保持稳定,而基质吸力则减小,到达最低点后保持稳定。冲沟对填方边坡的影响较大,它的发育改变了坡体内含水率特征,同时也是控制边坡整体滑动的边界;边坡变形响应区域主要是以填方边坡前缘堆积区和后缘滑塌区为主;裂缝演化方向由边坡前缘向后缘发展,它的发育为雨水入渗提供优势通道,同时也加剧边坡的变形破坏;降雨形成的水动力驱使坡体中细颗粒从填方边坡后缘向前缘流失,减弱了土体颗粒之间的胶结能力,使其抗剪强度降低,进而使边坡失稳破坏。因此,在降雨入渗下,直线型黄土填方边坡的变形破坏模式为:坡顶冲沟破坏、坡脚软化→局部牵引坍塌、整体失稳→块体分割、流滑破坏。研究结果可为直线型黄土填方边坡的工程建设和滑坡灾害防治提供理论参考。
基于无人机的滑坡地形快速重建与稳定性分析
张欢, 巨能攀, 陆渊, 万勋, 蹇志权
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202008010
摘要(10) HTML(4) PDF (4122KB)(5)
摘要:
对滑坡进行快速准确的定量化调查评价可以为滑坡应急处置提供科学依据。无人机航摄系统以其机动灵活、响应迅速等特点,日益成为地质灾害调查的可靠手段。以册亨平庆组滑坡为例,将无人机摄影测量技术应用于滑坡的调查中,总结出一套基于轻型无人机航摄技术的边坡快速调查与定量评价方法:首先通过多种软件建立高精度三维地质模型,使用有限差分软件进行数值模拟;然后对滑坡变形机制进行分析,并对滑坡稳定性进行评价。研究结果表明:(1)通过Global mapper、Pix4Dmapper、Rhinoceros等软件对无人机采集数据进行处理并建立三维计算模型,具有简便、快捷、可靠的特点;(2)以无人机航摄为核心的滑坡调查评价,能将传统地质的定性分析和数值模拟的定量分析有效结合,为后续应急处置提供有力的依据及数据支撑;(3)册亨平庆组滑坡是在降雨条件下由坡体自重应力作用产生的蠕滑-拉裂式滑坡,调查时滑坡已启动,地面裂缝有加速扩展的趋势。
一种改进的地下水模型结构不确定性分析方法
孙晓卓, 曾献奎, 吴吉春, 孙媛媛
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012061
摘要(6) HTML(3)
摘要:
高斯过程回归(GPR)是一种基于贝叶斯理论的监督学习算法,在基于数据驱动(DDM)的模型结构不确定性分析中具有广泛应用。目前研究中通常假设物理参数和超参独立并进行联立识别,这会导致参数补偿。文章提出两步识别DDM量化模型结构误差,并通过2个地下水模型案例,分别在不考虑模型结构误差、考虑模型结构误差(联立识别DDM、两步识别DDM)的情况下,对比分析了参数识别和模型预测结果。结果表明,不考虑模型结构误差直接进行参数识别时,为补偿结构误差,物理参数会过度拟合,从而影响模型预测效果。基于DDM刻画模型结构偏差时,物理参数和超参的独立性假设会影响参数识别结果。提出的两步识别DDM法没有假设物理参数和超参独立,能够减少参数过度拟合效应,从而更准确刻画结构误差,有效提高了模型的预测性能。
考虑温度电动淋洗法去除污染软土中铬试验研究
郑佳挺, 刘立馗, 王爱骅, 王艳, 刘干斌
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202010056
摘要(7) HTML(5) PDF (3311KB)(13)
摘要:
针对铬污染软土,自行设计了电动淋洗试验装置,开展了铬污染软土室内土柱淋洗试验,分析了试验过程中电流、电解质溶液pH的变化以及淋洗液种类、外加电压、温度对重金属铬去除特性的影响。结果表明:电动淋洗试验可以有效去除土壤中的重金属铬;相对于单一淋洗试验,用10 V电压强化淋洗试验显著提高了重金属铬去除效果,淋洗液为十二烷基苯磺酸钠(SDS)时Cr(VI)和Cr(总)去除效率是单一淋洗法的2.79,3.12倍。当电压为10 V,温度升高至45 ℃时,淋洗液为柠檬酸(CA)和草酸(OA)的各组试验表明Cr(Ⅵ)与Cr(总)去除率均相应提高;而淋洗液为十二烷基苯磺酸钠时的试验组中Cr(VI)去除率提高了5.84%,Cr(总)去除率降低了4.25%,表明升高温度使部分Cr(VI)还原成不易迁移的Cr(III);淋洗液为草酸的试验组中升高温度时Cr(Ⅵ)与Cr(总)去除率最高,分别达到了82.08%、77.57%,分别相应提高了27.65%、26.01%。电动淋洗试验后,铬污染软土土粒结构变得更紧密,土粒之间的孔隙减小且被填充的更加密实。
基于圆弧主应力迹线的黏性土主动土压力分析
王佳宇, 曹文贵, 王雨波, 张慧姐
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103006
摘要(18) HTML(14) PDF (3824KB)(18)
摘要:
墙背粗糙导致墙后土体应力方向发生偏转,目前,黏性土中考虑土体应力方向偏转对土压力影响的研究较少。为此,本文首先在探讨墙后土体主应力偏转规律的基础上,采用沿主应力迹线分层形成曲线薄层单元。然后,通过分析曲线薄层单元的受力情况,建立曲线薄层单元的静力平衡方程,推导出平动模式下黏性土体土压力沿墙高分布的公式,进而获得黏性土土压力分析新方法。最后,将本文方法与实测结果和现有理论进行对比验证和参数分析,验证本文方法的可靠性和合理性。研究结果表明:考虑墙土摩擦效应的计算结果更能准确反映黏性土体土压力沿墙高的分布规律;土压力大小随黏聚力增大而减小;随着墙土摩擦角的增大,土压力合力逐渐减小,作用点高度缓慢升高。
循环荷载下水泥土桩复合体动力参数试验研究
叶观宝, 秦粮凯, 张振, 郑文强, 陈勇
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103037
摘要(9) HTML(8) PDF (11581KB)(18)
摘要:
水泥土桩被广泛应用于软土路基加固工程中。然而,人们对水泥桩与桩间土形成的加固体的动力特性尚缺乏认识,无法合理评价水泥土桩复合地基的长期性能。基于此,本文开展水泥土桩复合体大型动三轴试验,研究围压、静偏应力、置换率及分级加卸载路径对其动力参数的影响,并分析了动力参数的波动性。试验结果表明:随着静偏应力增加,复合单元体的动弹模量减小,阻尼比增大,临界动应力比减小。随着置换率增加,动弹模量略有增加,阻尼比略有减小。逐级卸载造成复合单元体的动力参数劣化。阻尼比具有较强的波动性,复合单元体阻尼比的变异系数是动弹模量的2.8~7.0倍。相比于软土,复合体动弹模量提高了2~6倍,静偏应力越大,提高系数越大。
利用原子力显微镜探针刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的试验研究
郭永春, 屈智辉, 许福周, 周相贵
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012060
摘要(9) HTML(9) PDF (3504KB)(18)
摘要:
黏土颗粒水化膜厚度问题是泥质膨胀性岩土膨胀机制研究的理论基础。关于黏土颗粒水化膜厚度测试资料较为丰富,但通过原子力显微镜测试黏土颗粒水化膜厚度的研究成果还较为少见,且在测试方法方面尚不完善。基于3层水化膜结构模型和原子力显微镜测试技术,通过对蒙脱石粉末、泥岩粉末、泥岩岩片3种样品的测试研究,提出了水化膜厚度刺入式测试方法、粉末样和岩石样的制样方法、试验数据的统计处理方法。总结了水化膜厚度测试曲线自由水段、弱结合水段、强结合水段、黏土颗粒段的变化规律。通过和既有研究成果的对比分析,论证了原子力显微镜刺入测试黏土颗粒水化膜厚度的合理性与可行性。结合工程实践,探讨了定量化获取水化膜厚度在理解泥质膨胀性岩土膨胀机制方面的工程意义和理论价值。
基于电子扫描图像和微观渗流模型的云冈石窟砂岩风化特征分析
汪军, 徐金明, 龚明权, 王亚磊
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202101022
摘要(18) HTML(5) PDF (4010KB)(19)
摘要:
风化作用、岩石微观结构、岩石微观渗流特性定量关系的研究是石窟文物有效保护的重要基础,砂岩风化作用严重影响了岩体上石窟文物的有效保护。本次研究使用SEM(扫描电镜)获得云冈石窟不同窟体砂岩的微观图像,根据图像增强和图像分割技术得到了岩石中颗粒和孔隙的数字特征参数,从微观角度建立了反映孔喉连接特性的渗流模型,得到了不同窟体岩石的局部水力传导系数,分析了数字特征参数、水力传导系数、风化作用之间的关系。结果表明,风化作用对石窟砂岩微观结构具有很大影响;砂岩孔隙平均长轴长度大小对应的风化程度分别是全风化或强风化、中等风化、微风化或未风化,长度分别为大于40 μm、25~35 μm、15~25 μm;风化程度越高、水力传导系数越大,随着风化程度的增高、水力传导系数的范围为1 × 10−9~1 × 10−4 cm/s;水力传导系数与孔喉尺寸、孔喉连通性密切相关;孔喉半径比增大时、水力传导系数也增大。
北京不同区域明挖基坑地表沉降变形特征研究
张建全, 张克利, 程贵方
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202101018
摘要(10) HTML(5) PDF (3848KB)(18)
摘要:
基于近年北京地区不同区域大量明挖基坑工程地表沉降实测数据,利用理论计算与回归分析方法,对预测地表沉降的典型曲线“四点折线法”及其模型参数(斜率K及截距b)进行了反演分析,获得了不同区域地质条件下明挖基坑地表沉降预测经验参数;通过对沉降数据及经验参数的统计分析,总结了地表沉降区域变化规律,明确了参数的取值范围,并利用实测数据验证了经验参数的预测精度。结果显示:北京西部区域最大沉降点距离围护结构的水平距离相对中、东部偏大,约为基坑深度的30%,中、东部区域相对较小,均约为基坑深度的26%;地表沉降曲线形态随着区域地质条件不同而不同,四点折线图第一段直线AB的斜率K的绝对值由西向东依次增大,表明东部粉细砂地层比西部砂卵石地层沉降坡度更加明显,第二段直线BC的斜率K的绝对值东部区域比西部区域反而较小,这表明东部区域的沉降影响范围较大;参数bAB绝对值均值由西向东依次增大,表明东部粉质黏土、细沙层相对西部砂卵石地层的桩侧土体沉降值更大,约为最大沉降值的31%,中部区域为21%,西部区域仅为16%。该研究成果将为本地区明挖基坑工程地表变形预测和安全风险控制提供重要的参考依据。
新疆准东地区场地尺度二氧化碳地质封存联合深部咸水开采潜力评估
马鑫, 李旭峰, 文冬光, 罗兴旺, 刁玉杰, 杨国栋, 尹书郭, 曹伟
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.20201043
摘要(40) HTML(16) PDF (6588KB)(20)
摘要:
二氧化碳地质封存联合深部咸水开采技术(CO2-EWR)被认为是有效的碳减排途径之一。在新疆准东地区率先开展CO2-EWR技术,可在实现CO2减排的同时获得咸水,在一定程度上缓解当地的水资源短缺问题,取得环境经济双重效益。以往研究大多以概化模型为主,缺乏工程实践依托,根据准噶尔盆地东部CO2源汇匹配适宜性评价结果,基于我国首个CO2-EWR野外先导性工程试验场地资料,构建拟选CO2-EWR场地西山窑组三维(3D)非均质模型开展了场地尺度CO2-EWR技术潜力研究。研究表明,拟选场地CO2理论封存量为1.72×106(P50)t,动态封存量为2.14×106 t。采用CO2-EWR技术可实现CO2动态封存量11.18×106 t,较单独CO2地质封存提升5.22倍,同时可增采咸水资源10.17×106 t,CO2增采咸水比为1∶0.91。同时,该技术可有效缓解因CO2大量注入引起的储层压力累积,提高CO2封存效率,增加咸水开采潜力。本研究可为新疆准东地区实施规模化CO2地质封存联合深部咸水开采工程提供理论依据和技术支撑。
2021 年 5 期目录
2021, (5): 1-2.  
摘要(20) HTML(12) PDF (2910KB)(9)
摘要:
总论
川藏铁路廊道关键水工环地质问题:现状与发展方向
张永双, 郭长宝, 李向全, 毕俊擘, 马剑飞, 刘峰
2021, 48(5): 1-12.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104001
摘要(142) HTML(17) PDF (4925KB)(111)
摘要:
川藏铁路是我国正在建设的世纪工程,复杂的地质演化史导致铁路廊道地质环境差异大,水文地质、工程地质和环境地质问题复杂多变,在工程施工及今后运营中值得高度关注。在简要回顾川藏铁路廊道以往地质工作的基础上,阐述了铁路建设面临的水工环地质问题,包括高原构造岩溶高压突涌水、断裂带基岩裂隙高压突水突泥、高温热水热害等水文地质问题,活动断裂断错与强震灾害、高地应力与深埋隧道岩爆和大变形、特殊岩土体的不良工程特性与灾害效应、高位远程滑坡灾害链等工程地质问题,含煤地层和热液矿床酸性水腐蚀性、湿地生态退化演替、铁路建设与敏感生态环境的互馈效应等环境地质问题。提出了今后值得深入研究的关键科学技术问题:水文地质方面包括高原岩溶发育层序规律与构造岩溶蓄水构造类型、深埋隧道突水突泥的孕灾致灾模式与预测方法、活动断裂控热机制与地下热水循环模式、高温热害风险识别及地热资源化技术等问题;工程地质与地质灾害方面包括活动断裂的精细特征与工程断错效应、复杂地质构造区深部构造应力场特征、构造混杂岩带工程地质特性与灾害效应、水-力-热多场耦合作用下深埋隧道围岩稳定性与灾害效应、内外动力耦合作用下的高位远程滑坡机理及风险防控技术等问题;环境地质方面包括高原多源水转化循环机制与生态脆弱区生态需水量控制技术、隧道建设的水文生态环境效应、生态地质环境监测评价与保护关键技术、全球气候变暖的地质生态环境效应等问题。从公益性地质调查和商业性工程勘察相结合的角度,提出了地质调查是基础、科技攻关是关键、灾害隐患监测与工程治理协调推进的应对策略,为国家重大工程规划区的水工环地质工作发展方向提供了参考建议。
水文地质与水资源
川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题
许模, 蒋良文, 李潇, 漆继红, 张强, 李晓
2021, 48(5): 13-22.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103101
摘要(39) HTML(8) PDF (6324KB)(57)
摘要:
川藏铁路位于大陆碰撞造山带,特殊的地质构造背景下,铁路沿线水文地质条件极为复杂,严重制约着川藏铁路规划建设和安全运营。为降低川藏铁路沿线重大工程水文地质灾害风险,从工程水文地质角度出发,结合基础地质和工程地质研究成果,阐述了川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题,并提出下一步研究建议。研究结果表明:川藏铁路雅安至林芝段可能遭遇隧道高水压及涌突水问题、隧道高温热害问题、隧道排水影响生态环境3个重大工程水文地质问题;沿线发育多条区域性断裂带,控制着地层展布、水热活动和成矿带分布以及地下水循环演化,导致穿越断裂带的深埋长大隧道高压涌突水、高温热害及高矿化水等问题较为突出。沿线重大工程水文地质问题下一步研究工作主要为:开展高精度、多尺度的水文地质调查,把握重大问题的发育规律和致灾机制,构建精细的预测评价体系和主、被动相结合的灾害防控体系。
西藏波密冰川覆盖区大型河流与断裂带地下水转化关系
马剑飞, 李向全, 张春潮, 付昌昌, 白占学, 王振兴
2021, 48(5): 23-33.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104013
摘要(20) HTML(6) PDF (3903KB)(38)
摘要:
川藏铁路波密段穿越冰川覆盖区,分布多条与断裂复合发育的大型河流,水量丰富,可与断裂共同构成构造高压涌水突泥灾害风险源。本文通过多期测流和对大气降水、冰川、河流和地下水水化学、同位素特征分析,研究了大型河流的流量变化特征和地表水与断裂带裂隙水的转化关系。结果表明:西藏波密冰川覆盖区河水主要接受冰川融水和大气降水补给。雨季河水的δ18O和δD值小于旱季,说明河水雨季和旱季的补给源结构不同。旱季气温低,以大气降水补给为主;雨季冰川融水量陡增,为主要补给源。断裂影响范围内的古乡沟、比通曲和龙冲曲河水流量较大,均超过4×104 m3/d,但年内流量波动幅度小于非断裂带影响范围的河流。河流可渗漏补给断裂带水。浅层循环断裂带水年龄5~10 a,中深层断裂带水年龄超过4000 a,水岩作用较充分。非断裂带影响范围的河流与基岩风化裂隙水存在较密切的水力联系和较频繁的相互转化。研究成果可为青藏高原东部冰川覆盖区铁路隧道高压涌水突泥灾害的早期识别和灾害防范措施制定提供参考。
川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式研究
李向全, 马剑飞, 张春潮, 王振兴, 付昌昌, 白占学
2021, 48(5): 34-45.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104005
摘要(43) HTML(16) PDF (18911KB)(40)
摘要:
川藏铁路建设面临高原构造岩溶高压突水突泥重大地质安全风险,开展高原构造岩溶发育规律与岩溶地下水循环模式研究对隧道突水突泥灾害早期预测具有重要意义。文章分析研究了川藏铁路格聂山和察雅段构造岩溶发育规律及岩溶地下水循环模式。研究表明,研究区构造岩溶发育具有明显的层序规律和高程分带性,一至四级岩溶发育区分别形成于中新世之前、中新世晚期至上新世、上新世和上新世至更新世,高程依次为4900~5300 m、4000~4300 m、3700~3800 m和2900~3200 m。活动断裂对岩溶水分布、富集具有明显控制作用,晚更新世以来的活动断裂沟通岩溶发育区段,形成特有的高原岩溶蓄水构造条件。岩溶地下水系统可分为高位补给区、远程管道径流区和集中排泄区,高位补给区位于一级岩溶发育区,三、四级岩溶发育区为岩溶水集中排泄区,常出露流量大于100 L/s的岩溶大泉。岩溶水流系统可分为浅部水流系统和深部水流系统。岩溶大泉主要接受冰雪融水补给,具有水压高、流程长和深循环的动力特征。低温状态下冰雪融水高CO2饱和浓度和${\rm{SO}}_4^{2-} $产生的盐效应促进了高TDS硫酸型岩溶水的形成。
川藏铁路康定隧址区地热水成因及其工程影响分析
张云辉, 李晓, 徐正宣, 常兴旺, 黄珣, 多吉
2021, 48(5): 46-53.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104007
摘要(40) HTML(17) PDF (3821KB)(44)
摘要:
川藏铁路康定隧址区穿越鲜水河断裂带,属地热异常区,对铁路建设造成一定的热害威胁。采用野外调查、水化学分析和氢氧同位素测试等技术方法,开展了川藏铁路康定隧址区地热水成因研究。结果表明,康定隧址区地热水水化学类型主要为HCO3·Cl—Na和HCO3—Na型,聚集于折多塘、康定和中谷3个热水区。地热水均为未成熟水,热储温度为104~172 ℃,深部初始地热水温度为186~250 ℃,冷水混合比例为0.56~0.81。氢氧同位素显示地热水补给高程为3768~4926 m。在康定隧址区,地热水受到高海拔水源补给,主体断裂构造为导热构造,次级分支断裂和发育节理、裂隙的断层破碎带为导水构造,地热水形成后沿浅部断层破碎带出露形成温泉。FEFLOW数值模拟分析表明研究区100 m深度地温场温度为35.4~95.1 ℃,研究区内三个热水区之间存在低温通道。隧道建设时应重点关注康定热水区的高温水热灾害。
工程地质与地质灾害
西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究
郭长宝, 王磊, 李任杰, 吉锋, 王炀, 严孝海, 刘贵
2021, 48(5): 54-64.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202107012
摘要(16) HTML(6) PDF (18819KB)(33)
摘要:
川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。
冻融循环作用下花岗岩损伤的宏微观尺度研究
戚利荣, 王家鼎, 张登飞, 张永双, 李贞孝, 孙嘉兴, 马剑飞
2021, 48(5): 65-73.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103073
摘要(25) HTML(6) PDF (4432KB)(37)
摘要:
岩石的冻融破坏是高原地区工程建设中不可忽视的自然灾害之一。冻融作用下岩石矿物的不均匀收缩和孔隙水冰相变导致岩石内部孔隙扩展造成的岩石损伤,对工程稳定具有极大的威胁。为了研究冻融循环下花岗岩的损伤规律,以川藏铁路沿线理塘县毛娅坝盆地乱石包高位远程滑坡为研究对象,针对滑带上花岗岩,通过冻融循环试验模拟高原寒冷的气候环境变化,对冻融循环后的花岗岩进行单轴压缩、电阻率和电镜扫描(SEM)试验,从宏微观多尺度综合探讨冻融循环作用对花岗岩损伤劣化的规律。从试验研究中发现:(1)冻融循环过程中花岗岩质量变化呈先减小后增大再减小的趋势,这与冻融循环引起试样表面颗粒掉落和内部裂隙扩展双重作用有关;(2)随着冻融循环次数增大,花岗岩的单轴抗压强度、弹性模量和黏聚力皆呈非线性衰减趋势,而内摩擦角仅在平均值附近微小波动;(3)当冻融循环次数增加时,由宏微观试验所确定的冻融损伤因子和冻融荷载耦合作用下的总损伤因子都呈增长趋势,说明冻融次数对于花岗岩的抗压强度影响较大。研究结果可为高原地区工程建设中衡量花岗岩冻融强度特性提供参考依据。
冻融循环条件下含软弱夹层隧道围岩力学性质及破坏特征
张立
2021, 48(5): 74-80.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202102035
摘要(21) HTML(8) PDF (3797KB)(29)
摘要:
川藏铁路沿线隧道围岩中常存在大量软弱夹层,且岩体受严寒气候影响较大。为研究夹层倾角和冻融循环对隧道围岩力学性质的影响,室内制备了不同软弱夹层倾角、不同冻融循环次数条件下的互层岩体,并对含软弱夹层岩体展开了单轴压缩试验。研究发现:(1)含软弱夹层岩体的硬岩部分变形较小,而软岩夹层部分的破坏更加剧烈。夹层倾角较小时(β=0°、30°)岩体破坏后裂纹与夹层倾角接近平行,当夹层倾角较大时岩体破裂面与夹层呈X型交叉状;冻融循环次数越多,岩体的破坏程度越强烈。(2)随着夹层倾角的增大,岩体的单轴抗压强度和弹性模量先减小后增大;当夹层倾角β=45°时,抗压强度和弹性模量最小,抗压强度较含水平软弱夹层岩体降低35.27%,弹性模量降低34.84%。(3)冻融循环劣化了夹层岩体的力学性质,岩体承载能力随着冻融循环次数的增加而减弱,但塑性变形能力有所增强。在冻融循环作用的影响下,岩体抗压强度、弹性模量呈负指数型递减,峰值点应变则呈线性增大。
基于岩爆危险性评价的川藏铁路某深埋硬岩隧道线路方案比选研究
陈仕阔, 李涵睿, 周航, 陈兴强, 刘彤
2021, 48(5): 81-90.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103099
摘要(21) HTML(8) PDF (3820KB)(16)
摘要:
川藏铁路穿越区域地形起伏大,区域地质构造作用强烈,隧道建设中面临的高地应力问题异常复杂,特别是深埋硬岩隧道中的岩爆灾害问题,成为制约选线、设计乃至施工建设的难题。由于隧道工程地质条件复杂,如果岩爆评价指标针对性不强,往往会造成评价结果与实际偏差较大。通过综合分析影响岩爆的关键因素,选取岩石单轴抗压强度与洞壁最大主应力比、洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比、岩石强度脆性系数、岩石弹性能指数及岩体完整性系数建立了岩爆评价指标体系。根据熵权法确定各指标权重,基于理想点的基本理论及计算规则,构建了一种岩爆危险性评价模型。通过计算各里程段与理想点的距离,对新建川藏铁路某隧道的3种线路方案进行岩爆风险评估的综合比选。研究结果表明B线路总岩爆段落占比24.9%,其中不可控岩爆段落占比13.4%,比另外两条比选方案低4%左右,综合对比B线路为最优方案。该方法可为深埋硬岩隧道地质综合选线提供必要的科学依据和技术支撑。
青藏高原巴塘断裂带地震滑坡危险性预测研究
杨志华, 郭长宝, 吴瑞安, 钟宁, 任三绍
2021, 48(5): 91-101.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009024
摘要(26) HTML(3) PDF (6112KB)(40)
摘要:
全新世以来青藏高原东部巴塘断裂带活动强烈,地形地貌和地质构造复杂,历史地震频发,并诱发大量滑坡灾害。基于巴塘断裂带地震滑坡长期防控的需要,在分析区域地质灾害成灾背景和发育分布特征的基础上,采用Newmark模型完成了巴塘断裂带50年超越概率10%的潜在地震滑坡危险性预测评价,并完成地震滑坡危险性区划。结果表明:巴塘断裂带及其临近的金沙江断裂带区域、金沙江及其支流沿岸具有较高的潜在地震滑坡危险性,地震滑坡危险区具有沿断裂带和大江大河等峡谷区分布的总体趋势,受活动断裂和地形地貌影响显著;距离断层越近、坡度越大的斜坡,地震滑坡危险性越高;规划建设中的川藏铁路经巴塘县德达乡、白玉县沙马乡,向西北延伸,跨越金沙江,可以穿越较少的地震滑坡危险区,金沙江水电工程规划建设需加强潜在地震滑坡危害研判及防控。巴塘断裂带潜在地震滑坡危险性评价结果可为区域城镇开发和重大工程规划建设的地震滑坡长期防控提供科学参考。
基于逻辑回归–信息量的川藏交通廊道滑坡易发性评价
杜国梁, 杨志华, 袁颖, 任三绍, 任涛
2021, 48(5): 102-111.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104009
摘要(32) HTML(15) PDF (4155KB)(19)
摘要:
川藏交通廊道位于青藏高原中东部,是世界上隆升和地貌演化最快的区域之一。在内外动力耦合作用下,区内滑坡灾害极其发育,严重制约着公路、铁路和水电工程的规划建设。在区域地质资料收集和整理的基础上,选取岩性、坡度、坡向、坡形、地形起伏度、地形粗糙度、断裂密度和河流距离8个因素为评价因子,结合传统信息量和逻辑回归模型的优势,采用逻辑回归–信息量模型对研究区滑坡进行易发性评价。通过对评价因子的多重共线性和显著性检验,得到评价因子不存在多重共线性且均对滑坡发生具有显著影响。采用ROC曲线对评价结果进行检验,其AUC值为0.81,表明评价模型能很好地预测滑坡的发生。易发性评价结果表明:研究区高易发区主要集中龙门山断裂带、金沙江断裂带、澜沧江断裂带、怒江断裂带、边坝–洛隆断裂带等大型活动断裂带控制区,以及区内坡度陡峭、地形起伏度大的大型河流深切河谷的两岸;中易发区在区内分布广泛,主要分布在岸坡较陡、地形起伏度中等的大型河流支流的两岸。研究结果有利于加深对川藏交通廊道滑坡发育分布的认识,也可为研究区的工程规划建设和防灾减灾提供科学依据。
川藏铁路某特大桥成都侧岸坡工程地质特征及稳定性评价
周洪福, 冯治国, 石胜伟, 王保弟, 徐如阁, 冉涛
2021, 48(5): 112-119.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103076
摘要(17) HTML(4) PDF (4590KB)(35)
摘要:
拟建的川藏铁路某特大桥是一座重要的控制性桥梁,其桥址区的地质安全风险评价具有重要的工程意义。该特大桥成都侧岸坡三面临空,海拔高差大,岩性复杂多变,岩体结构和完整性差,风化卸荷强烈,浅表部危岩体发育,调查表明成都岸八曲侧斜坡曾发生较大规模顺层岩质崩滑。采用遥感解译、剖面测量及稳定性计算等技术方法,调查成都侧岸坡地形地貌、地层岩性、结构面发育及变形破坏等特征,分析评价特大桥成都岸八曲侧顺层岩质斜坡稳定性。结果表明:天然和暴雨工况下,斜坡稳定系数大于1.1;强震(PGA>0.3 g)工况下,斜坡稳定系数小于1.0,可能出现局部或整体失稳破坏。建议在清除斜坡表部危岩体的基础上,进一步深入研究八曲侧顺层岩质斜坡未来可能出现的变形破坏范围和程度,提出针对性工程防治措施建议。
金沙江上游沃达滑坡发育特征与堵江危险性分析
吴瑞安, 马海善, 张俊才, 杨志华, 李雪, 倪嘉伟, 钟宁
2021, 48(5): 120-128.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202104036
摘要(22) HTML(7) PDF (7885KB)(21)
摘要:
金沙江上游沃达滑坡自1985年开始出现变形,现今地表宏观变形迹象明显,存在进一步失稳滑动和堵江的风险。采用遥感解译、地面调查、工程地质钻探和综合监测等方法,分析了沃达滑坡空间结构和复活变形特征,阐明了滑坡潜在复活失稳模式,并采用经验公式计算分析了滑坡堵江危险性。结果表明:沃达滑坡为一特大型滑坡,体积约28.81×106 m3,推测其在晚更新世之前发生过大规模滑动;滑坡堆积体目前整体处于蠕滑变形阶段,局部处于加速变形阶段;复活变形范围主要集中在中前部,且呈现向后渐进变形破坏特征,复活区右侧变形比左侧强烈。滑坡存在浅层和深层两级滑面,平均埋深分别约15.0,25.5 m,相应地可能出现两种潜在失稳模式:滑坡强变形区沿浅层滑带滑动失稳时,形成的堵江堰塞坝高度约87.2 m;滑坡整体沿深层滑带滑动失稳时,形成的堵江堰塞坝高度约129.2 m。沃达滑坡存在形成滑坡-堵江-溃决-洪水链式灾害的危险性,建议进一步加强滑坡监测,针对性开展排水、加固等防治工程。
川藏铁路卡子拉山滑坡发育特征与防灾减灾对策
铁永波, 徐伟, 梁京涛, 蒙明辉, 李富, 赵聪
2021, 48(5): 129-136.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103097
摘要(28) HTML(9) PDF (5152KB)(20)
摘要:
为查明川藏铁路卡子拉山隧道进口规划建设区地质灾害特征,评价其在川藏铁路建设和运营期间可能遭受的地质灾害风险,采用高精度遥感、机载LiDAR、工程地质勘查等“空-天-地”一体化技术对该隧道进口规划区开展调查研究。结果表明:川藏铁路卡子拉山隧道进口规划区内发育有1#、2#滑坡和俄洛堆不稳定斜坡;1#滑坡规模约32.48×106 m3,2#滑坡规模约10.15×106 m3,均为已发生的特大型岩质滑坡;俄洛堆不稳定斜坡位于2处滑坡中部,规模约35.80×104 m3,下部为强风化岩体,上部为碎石土结构,为中型复合型结构斜坡。评价认为:川藏铁路卡子拉山隧道进口选线从2处滑坡体中部山脊穿过,2处滑坡对铁路选线未构成地质安全风险,但隧道进口穿过的俄洛堆不稳定斜坡存在潜在地质安全风险;1#、2#滑坡体在天然工况下处于稳定状态,俄洛堆不稳定斜坡在天然和地震工况下处于稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。为规避工程建设扰动诱发潜在的滑坡风险,建议将卡子拉山隧道选线进口向东南侧平移,通过边坡开挖的合理设计、施工期间的实时监测及运营期间的针对性治理等措施,从源头上对潜在滑坡风险进行防控,以保证工程建设及运营安全。研究结果可为川藏铁路选线提供科学的地质依据。
川藏铁路某车站泥石流群发育特征及对线路的影响
何坤, 胡卸文, 刘波, 周瑞宸, 席传杰, 韩玫, 张晓宇
2021, 48(5): 137-149.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103093
摘要(20) HTML(8) PDF (5377KB)(32)
摘要:
川藏铁路某车站位于藏东南冻错曲沟谷内,处于泥石流集中暴发区。采用现场调查、遥感解译等方法对影响车站的泥石流群孕灾环境和发育特征进行了深入研究。结果表明:该区以发育包括10条暴雨型泥石流与2条冰湖溃决泥石流在内的泥石流群为特征,地形地貌、水源动力和物源对泥石流群的发育起主要控制性作用。泥石流沟的流域形态完整系数集中在0.15~0.55之间,多为长条形与栎叶形,沟床的纵比降整体偏大,有利于泥石流的水源汇聚和发生。而泥石流流域内的沟道岸坡坡度多为20°~40°,相对有利于泥石流物源的补给。对该泥石流群中的12条泥石流沟进行动力学参数计算,分析其运动特征和发展趋势,认为该泥石流群的堆积扇普遍比较明显且未修建防治工程,在极端暴雨条件下,再次暴发较大规模泥石流的可能性大。最后评价了单沟暴发及冻错曲两岸对冲暴发场景下泥石流群对线路的潜在工程影响并给出了防治对策,建议线路在穿越泥石流沟部位布设排导槽或停淤堤进行束流归流,并对桥墩做好迎水面防块石撞击措施。研究结果对川藏铁路泥石流防治工程规划设计具有一定指导意义,也可为山区交通干线的合理选线提供科学依据。
西藏洛隆县巴曲冰湖溃决型泥石流演进过程模拟研究
刘波, 胡卸文, 何坤, 黄涛, 韩玫, 席传杰, 文强, 张晓宇
2021, 48(5): 150-160.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103104
摘要(17) HTML(7) PDF (4789KB)(30)
摘要:
巴曲冰湖溃决型泥石流紧邻川藏铁路某车站,可能对其建设及运营产生威胁。首先基于现场调查和遥感解译查明了巴曲泥石流的基本特征,采用规范公式计算了巴曲暴雨泥石流的动力学参数。然后采用无量纲堵塞指数(DBI)评价了巴曲沟内7个主要冰湖堰塞坝的稳定性。评价结果表明:巴曲1#冰湖堰塞坝的DBI值处于非稳定区,3#、4#和6#堰塞坝的DBI值处于非稳定区与稳定区之间,存在发生冰湖溃决的风险。最后,采用快速物质运动模拟软件(RAMMS)单相流数值方法,模拟分析了巴曲沟在4个极端场景下的冰湖溃决演进过程。模拟结果显示:巴曲冰湖溃决后的演进过程分为开始-汇流-冲出-停积四个阶段,共历时约4.5 h。在1#—4#及6#冰湖堰塞体全部溃决工况下,冰湖溃决泥石流在沟口的最大流速为5.92 m/s,最大深度为4.35 m,最大流量为1 954.42 m3/s,为暴雨型泥石流的5.1倍。除此之外,4个场景下冰湖溃决洪水的影响范围都经过拟建车站,泥石流最大深度分别为1.91,3.36,1.53,4.35 m。因此在车站设计时需采取排导槽或导流堤等工程措施进行防护治理。上述研究结果可为川藏铁路选线及青藏高原东部地区的冰湖溃决型泥石流防治提供参考。
干湿循环下新近系黏土杂岩裂隙演化研究
任旺, 王家鼎, 卞小芮
2021, 48(5): 161-167.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202009041
摘要(19) HTML(7) PDF (3705KB)(30)
摘要:
本文对武乡盆地黏土杂岩在反复干湿循环下的裂隙演化特征进行室内试验研究。试验采用烘干法模拟脱湿过程,水膜转移法模拟增湿过程,每完成一次脱湿增湿过程都要进行数码摄影、称重以记录裂隙变化情况,从而进行定性分析。通过应用Matlab软件进行图像处理以获取裂隙演化过程中的几何特征值。定性分析与定量分析相结合得到裂隙演化规律有:(1)脱湿过程:黏土杂岩裂隙率不断增加最终趋于稳定,第2次脱湿对裂隙率影响最大;几何特征上裂隙的变化先是沿着中间大裂隙向四周继续生长发育,然后随着循环次数增加转而形成新的大裂隙。(2)增湿过程:黏土杂岩吸水膨胀,裂隙逐渐趋于闭合,但出现不可逆形变量,随着增湿次数增加,这种累积变形量逐渐减小,第5次的干湿循环后,累积变形量基本消失,试样结构重新归于相对均一的松散结构。
自反力双剪面大型剪切仪研发及应用研究
龚辉, 郭娜娜, 葛邦云
2021, 48(5): 168-175.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202012039
摘要(17) HTML(5) PDF (4022KB)(25)
摘要:
原位直剪是测定土石混合料强度参数最为普遍也是最可靠的试验方法之一,但是现有原位直剪仪在试验过程中存在法向加压系统不合理、无法预留剪切缝等多方面的缺陷,影响试验结果的精度。本文对传统原位剪切仪进行有针对性的改造,研制出自反力双剪面大型剪切仪,该大型原位直剪仪有以下特点:(1)设备自身提供水平反力;(2)剪切过程中垂向加压系统固定,无需滚轴排;(3)剪切盒之间可预留可调节宽度的剪切缝,适用性更广;(4)装置模块化程度高,便于搬运、组装和拆卸。通过与单环剪切仪进行现场对比试验发现,与单环剪切仪得到的试验结果相比,自反力双剪面大型剪切仪得到的剪应力-剪切位移曲线为标准双曲线,并且可得到大剪切位移情况下的剪切曲线,通过大剪切位移曲线读取的最大剪应力更贴合实际。与单环剪切仪得到的抗剪强度值相比,内摩擦角低4.6°,而黏聚力高41.14 kPa。同时通过对两种剪切仪得到的剪切破坏面进行图像对照,可明显发现自反力双剪面大型剪切仪得到的剪切破坏面较为平整,未出现单环剪切仪对的剪切破坏面下凹现象。
基于广播RTK边缘计算的北斗高精度地质灾害监测系统及应用分析
朱真, 江思义, 刘小明, 李志宇
2021, 48(5): 176-183.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202011051
摘要(21) HTML(9) PDF (3513KB)(25)
摘要:
为提供全天候、全自动化、高精度变形监测服务,并最大限度降低空间环境因素对实时高精度定位的影响,基于数字调频广播(CDRadio)RTK(载波相位差分技术)边缘计算技术融合GNSS(全球卫星导航系统)核心解析算法,开发了具有自主知识产权、结构开放的“基于广播RTK边缘计算的北斗高精度地质灾害监测系统”,该系统能长时间稳定运行,并能满足功能性需求和非功能性需求在内的所有用户需要。以广西梧州市长洲区宝石园8号地块不稳定斜坡为例,通过分析2020年5—11月的监测数据表明:整个坡体处于蠕变阶段,坡顶前缘有向外侧蠕动且下沉的趋势,整个坡体有向东南方向倾斜发育的趋势。系统通过建立良好的系统信息交互平台,将系统形成的统计分析信息高速便捷地传递给用户,提高用户系统管理、决策、应用能力;充分挖掘系统数据资源,提供实时预报服务,提高信息采集、传输、处理、分析、预报的准确性、可靠性,全面提高地质灾害监测预警预报管理能力,更好地为各级管理部门的决策和指挥抢险救灾提供科学依据。
崩塌滑坡地质灾害风险排序方法研究
解明礼, 巨能攀, 刘蕴琨, 刘秀伟, 赵伟华, 张成强
2021, 48(5): 184-192.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202007011
摘要(44) HTML(19) PDF (4316KB)(19)
摘要:
我国地质灾害具有点多面广的分布特点,而地质灾害风险管控人力和能力有限,因此需要开展地质灾害风险排序工作,筛选出优先管控的地质灾害隐患点,确保地质灾害风险管控对策实施的针对性和高效性。地质灾害风险排序的实质是运用定量化风险评价计算出每处隐患点的风险值,然后根据风险值开展排序工作。目前定量化风险评价模型多用于单个地质灾害点风险评价,并未应用于大范围地质灾害风险排序工作,且模型较为复杂,推广应用较难。在分析崩塌、滑坡地质灾害与其环境因素间的响应关系及规律的基础上,提取崩塌、滑坡地质灾害的主控环境因子与诱发因子,联合人口、物质、资源等易损性因子建立地质灾害风险评价指标体系;基于岩石工程系统相互作用矩阵与专家打分法确定各级地质灾害风险评价指标因子权重,构建地质灾害风险评分体系;并根据风险评价定义,提出了能够快速定量化的简易地质灾害风险计算模型。以贵州省98处地质灾害隐患点为例,开展模型应用验证,风险排序结果与灾害管理机构主观认识的实际风险一致,验证了本模型的合理性与有效性,提高了地质灾害风险管控能力与效率。
地热地质
西宁盆地地热水特征及回灌结垢风险
赵振, 秦光雄, 罗银飞, 晁嘉豪, 耿松鹤, 张亮
2021, 48(5): 193-204.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103058
摘要(14) HTML(3) PDF (6912KB)(29)
摘要:
青海西宁盆地中低温地热资源丰富,但热储地层以含黏土矿物的弱胶结砂岩为主,地热水溶解性总固体较高,回灌过程中存在显著的结垢风险。基于对西宁盆地地热成因及资源分布特征分析,采用矿物溶解度法、饱和指数法等方法对典型地热水回灌结垢趋势及风险进行了综合判断。结果表明:西宁盆地“凹中凸”构造有利于地热水在深部热储富集和增温,同时将深部溶解的大量矿物质带到西宁地区中央凸起地带;西宁地区地热储层埋深主要在700~1600 m,水温30~70 ℃,主要为SO4·Cl—Na水化学类型,溶解性总固体1.85×103~4.80×104 mg/L;回灌过程中结垢以碳酸钙结垢为主,当回灌水与地下热水性质相近时,结垢风险主要发生在回灌井筒中,地层结垢风险较小,而当回灌水与地下热水性质差异较大时,不配伍性将导致地层结垢风险大大提高,其中药王泉与DR2005原1∶ 1混合时结垢量最大可达177.57 mg/L,而其他地热水结垢量较小。根据以上特征,提出以下综合解决方案:物理防垢+管材防腐、系统增压防垢+管材防腐和地面预处理+管材防腐,并辅之以阴极保护防腐、优化排量、酸洗井筒等措施,可为今后保障地热水回灌能力措施的制定提供理论依据与技术支持。

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