ISSN 1000-3665 CN 11-2202/P
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摘要(1090) HTML(1521) PDF (2927KB)(300)
摘要:
三向地震作用下错距岩质边坡共振特性研究
林峻岑, 严松宏, 孙纬宇, 欧尔峰
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206038
摘要(98) HTML(127) PDF (5228KB)(37)
摘要:
地震引发的共振往往会对边坡造成更严重的破坏,直接影响其抗震性能。为研究错距岩质边坡的共振特性,通过有限元软件ANSYS建立三维边坡数值模型,分析了错距对边坡固有频率的影响,并使用谐响应分析对坡面各点的共振响应规律及地震作用频率对边坡应力的影响进行了探讨。结果表明:(1)边坡错距越大,基频越小,在不同错距条件下均有可能出现共振现象,坡面的水平共振位移大于竖向共振位移,前坡坡面位移峰值较大,发生共振的频率比后坡小;(2)低阶和高阶固有频率被激发都可引发共振,但高阶共振位移相对较小,前坡和后坡坡面水平位移峰值表现为:坡顶>坡中>坡脚,侧坡则是:坡中>坡顶>坡脚,在高频加载条件下,边坡会出现下部动力响应大于上部的现象;(3)坡体共振时发生的破坏主要以坡脚剪切破坏为主,最大剪切应力和最大拉应力出现的位置与加载频率范围有关,前坡更容易遭受破坏,低频地震动对前坡影响更大,而高频地震动则相反。所得结论可为错距边坡进行抗震设防时确定重点加固部位提供参考。
四川泸定6.8级地震诱发崩滑快速评估
刘甲美, 王涛, 杜建军, 陈鲲, 黄健航, 王浩杰, 阮泉泉, 冯飞
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209057
摘要(0) HTML(0) PDF (12157KB)(0)
摘要:
强震诱发地震崩滑可严重加剧地震灾害损失,快速评估地震诱发崩滑分布对于应急救灾工作部署具有重要意义。利用2022年9月5日泸定Ms6.8级地震震前30 m分辨率地形数据结合1:50万比例尺地质图,采用Newmark累积位移方法开展了泸定地震诱发崩滑快速评估。结果显示:本次地震诱发崩滑灾害较为严重,崩滑高危险区面积约为45 km2,主要分布在鲜水河断裂以西大渡河西岸近东西向支沟两岸,其中以燕子沟、磨子沟、海螺沟、飞水沟、湾东河、什月河、田湾河等崩滑危险性较高,对沟内居民及游客生命安全威胁较大,沟内公路受崩滑阻断风险较高,局部河道有被崩滑堵塞风险;泸定县冷碛镇、兴隆镇、磨西镇、得妥乡4个乡镇及石棉县田湾乡、草科乡、新民乡、先锋乡、蟹螺乡、挖角乡等6个乡镇崩滑危险性较高;震中附近地区大渡河沿线省道S434和S211受崩滑阻断可能性较高;贡嘎雪山一带预测地震崩滑危险性为中等,但需关注冰崩型、岩崩型高位远程灾害(链)风险。通过与震后应急排查、遥感解译等获取的此次地震Ⅷ度、Ⅸ度区内诱发崩滑分布对比,表明在大渡河西岸各支沟滑坡位移分析结果能够较好的反映同震滑坡的宏观分布特征,但在在磨西台地边缘,大渡河两岸吻合程度欠佳,后续将通过提升岩性和地形等数据质量进行改进。有关成果可为震后重建规划、震后长期灾害效应分析等提供参考。
地埋管换热器动态热负荷下地层温度场的解析解
李嘉舒, 戴传山, 雷海燕, 马非
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205040
摘要(0) HTML(0) PDF (4713KB)(0)
摘要:
垂直地埋管换热器(Borehole heat exchanger,BHE)是利用浅层地热能的主要换热装置,如何确定合理的地埋管间距对地源热泵系统(Ground source heat pump system,GSHPs)的传热性能与经济性影响很大。以往工程应用中未考虑地埋管热负荷的动态变化,常采用最大延米热/冷负荷(即最不利情况下)的影响半径作为设计依据,使设计参数趋于保守,很难实现地源热泵系统的技术和经济优化,而考虑负荷变化的数值模拟方法耗时复杂,不便于工程应用。本研究提出了一种考虑地埋管实际热冷负荷动态变化条件下,计算地埋管换热器影响半径的简单数学方法。该法首先推导了地埋管换热器在周期性热流边界条件下,井筒周围地层温度场的解析解,在此基础上将地面建筑物全年周期下的实际波动热冷负荷进行傅里叶级数展开近似,最后通过线性叠加每个周期函数对应的解析解,得到建筑物实际动态热冷负荷下的地层温度动态分布。本文提出的解析解实时耦合了地面建筑动态热冷负荷,计算结果接近实际应用,具有计算精度高、简单方便快捷的优点,便于工程实际的推广应用。
侏罗系中等风化泥岩地基承载力试验研究
陈继彬, 李雪梅
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202207002
摘要(0) HTML(0) PDF (4843KB)(0)
摘要:
成都地区侏罗系中等风化泥岩为典型的红层软岩,工程实践表明该类岩体地基承载力的规范建议值偏低,导致该区域内高层、超高层建筑基础选型偏于保守,使得工程成本投入大、目标工期长,但是如何最大程度的发挥侏罗系中等风化泥岩地基承载能力还未有值得借鉴的方法。以成都地区某超高层建筑地基基础工程为例,针对侏罗系中等风化泥岩地基分别开展了9组深井平硐岩基载荷试验、17孔岩基旁压试验,2类试验协同分析泥岩地基承载能力及适宜的承载力特征值取值;并建立了地基承载力特征值与超声波测井试验获得的岩体特征参数的相关方程。研究结果表明:侏罗系中等风化泥岩地区,岩基平板载荷试验、旁压试验两者试验所得的地基承载力特征值(fak)相近且均较地区规范DB51/T5026-2001建议最大值大2~2.5倍,平板载荷试验的承压板直径、旁压试验的测试深度对中等风化泥岩地基承载力影响不显著;通过参数综合分析进一步得出fak与岩体波速Vp和岩体完整性指数K分别呈幂函数、指数函数递增关系。研究成果对侏罗系中等风化泥岩地基承载力的取值具有重要的参考价值。
《水文地质工程地质》征稿简则
当前状态:
摘要(83) HTML(605) PDF (2751KB)(342)
摘要:
重力条件下粗糙裂隙溶蚀过程的可视化实验研究
张子翼, 胡冉, 廖震, 陈益峰
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204044
摘要(76) HTML(80) PDF (5462KB)(59)
摘要:
岩体裂隙的溶蚀现象广泛存在于自然过程和工程实践,重力对溶蚀过程具有重要作用。可视化观测技术是研究粗糙裂隙溶蚀机理的关键手段,然而传统的可视化技术存在裂隙粗糙壁面难以复制、溶蚀过程难以实时观测等问题。通过自主研发的粗糙裂隙溶蚀过程可视化实验平台,开展了垂直裂隙和水平裂隙在4种流量条件(0.05,0.1,0.3,1 mL/min)下的溶蚀可视化实验,研究了重力效应对溶蚀模式和溶蚀形态的影响,采用分形维数量化了不同溶蚀模式的形态学特征,最终确定了不同佩克莱数(Pe)条件下的突破时注液量。实验结果表明:在Pe≤62.1范围内,重力效应对溶蚀模式具有重要影响,垂直裂隙中的溶蚀发育为浮力主导模式和通道模式,重力效应将诱发单一、集中的溶蚀通道;而水平裂隙则统一发育为开度演变均匀、宽度较大的通道,即经典的虫洞溶蚀模式;在Pe数较大时(Pe=207)时,垂直裂隙和水平裂隙中的溶蚀均发育为均匀溶蚀。实验结果还证实了垂直裂隙更易发育为贯通的溶蚀通道,从而加速溶蚀突破;Pe=20.7时为最优注入条件,垂直裂隙的突破时注液量最小。在此条件下,垂直裂隙的突破时注液量仅为水平裂隙的1/4。建议重点关注重力效应对溶蚀过程的影响,研究结果对CO2地质封存等工程实践具有重要意义。
弯曲岩溶管道溶质运移的尺度效应研究
赵小二, 王正一, 武桂芝, 李琪
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203050
摘要(58) HTML(56) PDF (4421KB)(16)
摘要:
岩溶管道溶质运移的尺度效应研究对穿透曲线的正确解译非常重要,但目前针对单一弯曲管道中溶质运移尺度效应的研究仍比较缺乏。文章将岩溶管道和溶潭分别概化为透明软管和水箱,基于前期建立的水箱-管道系统(简称“管道系统”),在水箱下游设置不同长度的弯曲管道,通过示踪试验研究管道运移尺度对穿透曲线的影响,并采用暂时存储模型模拟试验曲线。结果表明:(1)随着水箱下游管道长度的增大,峰值质量浓度逐渐缓慢降低,穿透曲线上升段斜率无明显变化,穿透曲线拖尾逐渐缩短,表明运移管道长度增大对溶质运移的影响大于下游管道弯曲;(2)穿透曲线偏度系数、后段溶质羽穿透时间和溶质羽穿透时间与管道系统长度呈良好的负线性相关关系(R2>0.96);(3)当对称和不对称水箱管道系统长度分别增大至154.5 m和164.3 m时,偏度系数接近零,穿透曲线分布接近对称;(4)弥散系数、存储区截面积和交换系数与管道系统长度呈良好的负线性相关关系,当对称和不对称水箱管道系统长度分别增大至159.9 m和178.1 m时,存储区截面积接近零,水箱导致的溶质运移滞后效应基本消失。研究结果对野外岩溶管道穿透曲线的解译具有一定指示作用。
氢氧同位素在地下水流系统的重分布:从高程效应到深度效应
韩鹏飞, 王旭升, 蒋小伟, 万力
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202211053
摘要(66) HTML(62) PDF (5806KB)(27)
摘要:
大气降水的氢氧同位素含量具有高程效应,降水入渗后参与地下水循环,其高程效应如何受地下水流系统的影响转化为地下水氢氧同位素的深度效应?现有研究对于这个问题缺少定量认识。本文构建单向倾斜盆地和双峰波状盆地的稳态地下水循环理论模型,采用MODFLOW模拟剖面二维地下水流场、采用MT3DMS模拟重同位素分子的对流-弥散过程,得到地下水D和18O含量的空间分布,探讨了氢氧同位素高程效应在地下水流系统转化为深度效应的机理。结果表明:在单斜盆地,补给区大气降水D和18O含量的高程效应转化为排泄区地下水δD和δ18O值随埋深增大而指数型衰减的深度效应;在双峰波状盆地,当含水层渗透性相对入渗强度较大时(K0/w=1000),仅发育一个区域地下水流系统,在区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线分布;当含水层渗透性相对入渗强度较小时(K0/w=250),双峰波状盆地发育多个局部地下水流系统,区域地下水的排泄区δD和δ18O随埋深增大呈现S形曲线,而局部地下水排泄区的δD和δ18O随深度增加呈单调衰减趋势。本研究从理论上推进了地下水流系统对溶质运移影响机理的认识,揭示了氢氧同位素对地下水流系统的指示作用。
考虑污染物扩散风险的场地地下水污染多层次风险评估方法研究
张行洲, 殷乐宜, 陈坚, 周笑笑, 杨丽虎, 吴吉春, 谢月清
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209006
摘要(69) HTML(116) PDF (4866KB)(32)
摘要:
地下水中污染物具有迁移性和扩散性,会对下游敏感受体造成威胁,目前场地地下水风险评估主要关注人体健康风险,还未能综合考虑地下水污染的整体风险,尤其是忽视了污染物迁移引起的对下游敏感受体的风险。本研究基于“源-径-汇”模型构建了考虑污染物扩散风险的场地地下水污染风险评估的指标体系与风险评估模式。在指标体系构建方面,重点考虑场地地下水的污染源、迁移路径和敏感受体3个方面。在风险评估模式方面,根据场地不同地下水污染状态开展3个层次的风险评估。基于假想的铬污染场地开展了案例分析,设置了地下水污染状态的4种情景,利用Wexler溶质运移模型计算了地下水污染羽的时空变化,并针对地下水污染的不同层次开展了风险评估。结果表明,在场地地下水污染羽未到达场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为4,6.4,分别属于低风险与中风险。在场地地下水污染羽到达或超出场地边界的2种情形中,场地地下水的风险评分分别为7.0,8.8,分别属于中风险与高风险。综合而言,本研究构建的方法能够用来对场地地下水进行系统全面的评估和对比,能够根据风险结果对污染场地进行有效的分级管控,为污染场地的风险管控提供技术支撑。
边坡防渗增加灰沙岛地下淡水的实验与数值模拟研究
李英豪, 韩冬梅, 曹天正, 宋献方, 蔡砥柱
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204006
摘要(69) HTML(81) PDF (5530KB)(43)
摘要:
地下淡水是支撑海岛居民生活用水保障和生态岛屿建设的重要战略资源。目前海岛淡水资源十分匮乏,鉴于我国灰沙岛的现实复杂性,亟需实施低成本、易操作且对岛礁稳定性及生态系统影响较小的增加地下淡水的措施。本研究提出了采用在海陆边坡处铺设防渗材料人为干预地下淡水体形成、增加淡水储量的措施,并通过砂箱实验和数值模拟相结合的方法在实验室尺度下分析了边坡防渗对灰沙岛淡水透镜体形成的影响,评估了不同因素在边坡防渗条件下增加地下淡水储量的效果,并以永兴岛为例定量评估了边坡防渗对地下淡水储量的影响。研究表明,边坡防渗通过改变地下水流场、增加淡水水头的方式增加了淡水储量。淡水体所需的稳定时间也随之增加。在长、宽、高分别为50,5,35 cm的砂箱中,在35°的边坡处铺设14 cm长的隔水材料,淡水透镜体达到稳定后最大厚度由原有的13.7 cm增加至24.9 cm,淡水储量由561.8 cm3增加至1592.3 cm3,所需稳定时间由120 min增加至150 min。增加的淡水储量随降雨强度增加、砂体渗透系数减小、边坡防渗深度增加、防渗材料渗透系数减小而增加。若在永兴岛海陆边坡铺设2 m深的隔水材料,在未来30 a,淡水储量将由天然状态的3.4×106 m3增加至4.4×106 m3,增加原有储量的1/4。研究可为我国岛屿地下淡水科学管理、水资源安全保障提供理论支撑和实践指导。
泥炭质土K0固结不同开挖路径应力应变关系研究
阮永芬, 潘继强, 乔文件, 闫明, 郭宇航
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206007
摘要(39) HTML(39) PDF (4048KB)(30)
摘要:
基坑开挖过程中不同部位的土体会因不同的卸荷力学行为而表现出动态的破坏特性。为研究基坑土体开挖过程中复杂的卸荷应力路径,利用TSZ-1S应力控制式三轴仪分别对湖相沉积的泥炭质土进行固结不排水及K0固结下的加、卸荷试验,并按侧向、轴向、轴侧向同时卸荷等不同卸荷条件制定试验方案,模拟基坑开挖过程中不同部位土体卸荷路径下的应力-应变曲线、卸荷剪切破坏时的强度及初始切线模量等的变化规律。试验结果表明:土体的应力应变特性与应力路径密切相关,各路径下应力-应变曲线都近似呈双曲线型;卸荷剪切破坏时强度明显低于加荷破坏。对不同卸荷路径下初始切线模量Ei研究发现,Ei受侧向卸荷影响较大,卸荷后Ei有所提高,轴向卸荷对其影响较小。对各应力-应变曲线进行归一化处理,构建了考虑不同归一化因子的归一化方程,以该方程为基础对不同应力路径下的泥炭质土进行归一化处理,并对结果进行了验证,效果良好。本研究可为泥炭质土场地上基坑在不同卸荷路径下的变形参数和本构关系的研究提供参考。
砂井载荷浸水试验在深层黄土湿陷评价中的应用研究
潘登丽, 胡向阳, 赵成, 严耿升, 邵生俊
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206006
摘要(59) HTML(70) PDF (2531KB)(62)
摘要:
针对深层湿陷性黄土自重湿陷量室内试验结果不准确、测试黄土地基湿陷量的原位试验方法少等不足,基于已有的砂井浸水试验,提出了新的现场试验方法:砂井载荷浸水试验方法。其核心是井底地层在试验压力作用下沉降稳定后,利用井中砂砾石的强透水性,将水直接导入井底湿陷性黄土地层及砂井周围土体,使其快速浸水饱和,以此来测定砂井井底地层的湿陷量和砂井周围黄土的自重湿陷量。通过2组砂井载荷浸水试验,测试了不同压力和浸水条件下不同深度地层的湿陷变形,对比分析了砂井载荷浸水试验和临近场地大型试坑浸水试验,结果表明砂井载荷浸水试验的判定结果与试坑浸水试验一致,说明砂井载荷浸水试验是可行的。另外,砂井载荷浸水试验具有周期短、费用低、场地条件要求低、用水量小等优点,适用于深层黄土湿陷性的研究,对黄土地区(尤其是深层黄土)工程的湿陷性评价有一定的参考意义。
石川河富平地下水库渗透系数空间变异性研究
王继玲, 周维博, 孙梨梨, 王奕勐
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206021
摘要(49) HTML(44) PDF (4043KB)(51)
摘要:
渗透系数的空间变异性研究是进行地下水库人工回灌的基础。为研究石川河富平地下水库渗透系数的空间变化规律,引入Box-Cox变换及Johnson变换对库区65组野外双环渗水试验及勘探孔数据进行预处理,并以变异函数为工具,运用传统统计学和地统计学方法分析渗透系数的空间变异性。结果表明:库区等效渗透系数变化范围为0.02~6.44 m/d,既服从对数正态分布也服从Box-Cox变换的正态分布。渗透系数空间相关程度中等,最优拟合模型为高斯模型。基于最优模型,渗透系数插值结果整体上呈现西北方向较大、东南方向较小的特点,在梅家坪镇及南社乡附近最大,范围为2.84~6.44 m/d,空间变异尺度小;在觅子乡、庄里镇附近变化明显,空间变异尺度大;在东上官乡南部最小,均小于0.2 m/d,变异尺度小。空间变异受地形、地貌、地层岩性分布、水文气象条件、试验点分布、人工取砂、机械碾压等因素的综合影响。回灌位置应选择在梅家坪镇等渗透系数大,空间变异尺度小及受人为扰动影响小的地段。研究结果可为地下水库建设提供理论参考。
注入时间和静水压力对孔隙热储层中Cl运移影响
赵丽, 黄尚峥, 张庆, 卢宇灿, 金毅, 王心义, 邢明飞
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206026
摘要(37) HTML(46) PDF (3505KB)(32)
摘要:
迄今为止,注入时间和静水压力对溶质在深层承压地热水中的运移规律影响研究少有报道。通过模拟35℃的低温地热环境,开展了注入时间1,2,3,4,5 h以及静水压力0,6,9 MPa条件下Cl的运移柱模拟试验。采用CXTFIT 2. 1软件进行数值模拟,探讨了孔隙型热储砂土中Cl的运移规律和影响因素。结果表明:在模拟的低温孔隙型热储层中,不同注入时间和静水压力下,Cl的运移曲线均呈正态对称分布,CDE模型也可较好地表征其穿透曲线,因此溶质扩散过程符合菲克定律。注入时间的不同,会引起Cl的穿透曲线、运移参数发生变化,这与不同注入时间条件下溶质注入总量、柱内溶质浓度差以及分子扩散能力不同有关。在不同静水压力条件下,弥散系数从0 MPa的25.22 cm2/h增加到9 MPa的36.13 cm2/h,分子扩散系数、机械弥散系数以及弥散度也随之增大,因此溶质的弥散作用随静水压力的增大而增强。研究结果对于丰富地下水的溶质运移理论具有重要意义。
Budyko框架下黄河流域蒸散发时空变化影响因素研究
王亚琴, 杨巍, 邢博, 罗毅
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205066
摘要(80) HTML(85) PDF (5963KB)(15)
摘要:
蒸散发是水循环过程中的重要环节,研究蒸散发时空变化影响因素,有利于认识区域水资源的时空分异规律。黄河流域地处干旱半干旱地区,水资源短缺且时空分布不均,水问题突出。在黄河流域分析蒸散发对变化环境的响应,揭示气候变化、植被季节性和物候变化的水文水资源效应,对地区水资源可持续发展和规划管理等具有重要的理论意义和现实意义。基于MARS非参数模型,采用黄河流域内30个子流域的GIMMS3g NDVI数据集、气象数据、土壤数据、土地利用/覆盖数据以及地形地貌数据,在Budyko框架下分析了水热耦合控制参数ϖ与环境变量因子的关联性,探讨了变化环境对流域蒸散发的影响机制。结果表明:(1)流域水平衡关系的空间变异与流域水热耦合季节性、地形地貌空间变异性、降水的季节性特征(平均暴雨深度和降水变异系数)显著相关。(2)年际尺度上:流域水热的不同步性是影响流域水平衡年际分异最重要的气候季节性指数,水热的不同步性增大,流域的蒸散比减小,产流增加;降水越集中、年内变异程度越高、降水的季节性越明显,流域蒸散比越小;植被的季节性特征是影响流域水平衡的重要因素,植被生长越强,生长季长度越长,流域的蒸散比越大,产流系数越小。(3)环境变量之间存在较强的自相关性,协同演化并作用于流域蒸散发。
贵州省鸡场滑坡地下水化学特征反映的水-岩(土)作用
刘建强, 许强, 郑光, 陈达, 王卓, 蒋金晶
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203077
摘要(71) HTML(74) PDF (6489KB)(1)
摘要:
滑坡体水-岩(土)作用是一种复杂的物理化学综合作用,影响坡体的稳定性,但目前水-岩(土)相互作用对于地质灾害的发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象,分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征,结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化规律,利用主成分分析方法,研究鸡场滑坡水-岩(土)作用过程,并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-(岩)相互作用,发生在“微观-细观-宏观”三种尺度上;(2)选取前三个因子Z1Z2Z3(分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%)分析地下水的化学特征,主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用,主因子Z3反映了地下水与岩(土)体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+;(3)水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物,使得岩体结构面内黏土矿物含量增加,岩体劣化损伤,对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。由此研究说明滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。
基于SOM-I-SVM耦合模型的滑坡易发性评价
贾雨霏, 魏文豪, 陈稳, 杨清卓, 盛逸凡, 徐光黎
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206041
摘要(74) HTML(86) PDF (8965KB)(24)
摘要:
在使用机器学习模型对滑坡进行易发性评价时,非滑坡样本点通常会在滑坡影响范围之外随机选取,具有一定的误差。为了提高滑坡易发性评价的精度,本文将自组织映射(Self-organizing map, SOM)神经网络、信息量模型(Information,I)以及支持向量机模型(Support Vector Machine,SVM)进行耦合,提出一种基于SOM-I-SVM模型的滑坡易发性评价方法,并将SOM神经网络与K均值聚类算法进行对比,验证模型的可靠性。以十堰市茅箭区为例,首先通过对环境因子的相关性及重要性分析筛选出距水系距离、坡度、降雨量、距构造距离、相对高差、距道路距离、地层岩性7个因子建立滑坡易发性评价指标体系,在此基础上计算出各因子的分级信息量值,并作为模型的输入变量进行滑坡易发性评价。分别采用SOM神经网络和K均值聚类算法选取非滑坡样本,然后将样本数据集代入I-SVM模型预测滑坡易发性。将SVM、I-SVM、KMeans-I-SVM、SOM-I-SVM四种模型预测精度进行对比,其ROC曲线下面积AUC值分别为0.819、0.882、0.901、0.917,说明SOM-I-SVM模型能有效提高滑坡易发性预测准确率。
基于BP神经网络反演分析的隧道塌方机理研究
陈航, 张贝贝, 旷华江, 肖丽娜
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202208066
摘要(67) HTML(81) PDF (4639KB)(84)
摘要:
岩溶区隧道在施工过程中易发生崩塌,针对力学方面的隧道塌方机理分析较多,然而针对岩溶软弱破碎带等地层方面的隧道塌方机理研究分析较少,使隧道工程进展的难度和风险更大。为保证隧道施工的安全性、经济性和可行性,因此掌握该隧道施工中的塌方机理非常有必要。依托贵州某岩溶破碎地层隧道,在开挖过程中发生的坍塌现象,结合隧道的监测数据,运用BP神经网络的构建原理,对隧道的地层参数进行反演。将反演土体力学参数输入到Flac3D有限元软件构建的不同施工方法模型中,对典型断面的崩塌破坏机制和风险进行了判断和分析。结果表明:BP神经网络获得的地层反演参数具有一定的可信度,能够准确再现隧道崩塌实际破坏情况;施工方法对隧道开挖的稳定性影响较大,针对围岩等级为Ⅴ级的隧道,采用三台阶七步法和单侧壁导坑法施工较安全,隧道塌方与隧道双向同时开挖没有关系;反演所得的隧道拱顶位移预测值为2.3 cm,地表位移预测值为1.2 cm,与监测数据偏差13%左右,误差较小。研究结果,对岩溶区软弱破碎地层断面隧道公路建设具有重要指导意义。
四川省泸定县Ms6.8级地震地质灾害发育规律与减灾对策
铁永波, 张宪政, 卢佳燕, 梁京涛, 王东辉, 马志刚, 李宗亮, 鲁拓, 石胜伟, 刘民生, 巴仁基, 何龙江, 张新克, 甘伟, 陈凯, 高延超, 白永健, 龚凌枫, 曾孝文, 徐伟
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209029
摘要(118) HTML(86) PDF (5917KB)(111)
摘要:
2022年9月5日四川省泸定县Ms6.8级地震诱发大量次生地质灾害。为深入认识此次地震地质灾害发育分布规律及特征,分析地质灾害发展趋势及潜在风险,文章在现场调查获取的一手资料,结合震区首轮地质灾害排查资料、遥感解译和区域地质背景资料综合研究,对地震地质灾害的特征、控灾条件及防灾减灾对策进行了研究。结果表明:截至2022年9月14日22时,地震重灾区泸定县和石棉县境内共诱发有威胁对象的地质灾害隐患点565处,包括崩塌331处、滑坡234处,导致81处已有地质灾害隐患点加剧变形;地震诱发的地质灾害类型主要以中、小型群发性高位崩塌和滑坡为主,主要集中分布在震中附近地震烈度Ⅸ度区域,包括泸定县磨西镇、得妥乡、得妥乡—德威镇段大渡河两岸及石棉县草科乡、王岗坪乡;位于地震烈度Ⅸ度区内的湾东河等流域,根据汶川地震经验认为,在未来5年内泥石流将处于活跃期,泥石流防治工程设计需考虑其高频率、黏性泥石流等特征;得妥乡—德威镇段大渡河两岸残留在坡面的崩滑体在降雨作用下易转化成坡面泥石流,建议在防治工程设计时要充分考虑两种灾害类型的转化形式。研究可为震区地震地质灾害防范及灾后重建规划提供科学参考。
排水抗滑桩技术研究现状及展望
王文沛, 殷跃平, 王立朝, 沈亚麒, 石鹏卿, 李瑞冬, 何清, 陈亮, 殷保国
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202206028
摘要(175) HTML(207) PDF (3303KB)(274)
摘要:
排水抗滑桩技术一方面可以克服传统抗滑桩不利坡内渗流排水的问题,另一方面减少了竖向排水、抗滑等结构单独施作时的开挖工程量,并可充分提供水化热散热面,确保整体结构的质量,因此成为现代滑坡防治工程中重要的技术手段,也是近年来地质灾害、水文地质及地下工程等学科持续关注的新型技术。排水抗滑桩技术涉及流体力学和固体力学,以及水动力模型、结构模型、工程地质模型等,理论体系尚不够成熟,且存在空间结构组合相对复杂、施工技术难度较大等问题,其进一步推广运用受到制约,需要开展有针对性的现状总结研究。在查阅大量国内外相关文献、专利和实际工程应用的基础上,对现有排水抗滑桩结构(抗液化桩、空心排水抗滑桩、箱型排水抗滑桩等)特征及分类进行系统归纳发现:结构上通常与集排水结构形成“渗-集-排”抗滑组合立体结构系统,主体抗滑形式多为桩型或键型,“渗-集-排”结构通常包括透水孔、辐射状渗水孔和排水花管;通过对典型应用实例的综合分析,指出排水抗滑桩虽已具有显著提高稳定性的优势,但距离其广泛使用和多元化发展还有一定距离。据此提出目前排水抗滑桩研究中施工工艺复杂、力学性能和排水特性不明晰、抗滑稳定性计算理论不完善、平面布置优化方法待加强等是今后该领域需要关注的重要科学问题和主要发展趋势,这些科学问题的解决不仅有利于完善排水抗滑桩力学和排水理论,而且有利于提升排水抗滑桩整体应用水平。
贵州省鸡场滑坡地下水化学特征反映的水-岩(土)作用规律
刘建强, 许强, 郑光, 陈达, 王卓, 蒋金晶
当前状态:  doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202103009
摘要(288) HTML(228) PDF (4866KB)(165)
摘要:
滑坡体水-岩(土)作用是一种复杂的物理化学综合作用,影响坡体的稳定性,但目前水-岩(土)相互作用对于地质灾害的发生方面的影响研究仍较为薄弱。以贵州省鸡场滑坡为研究对象,分析滑坡区岩土体矿物组成和化学成分特征,结合区域内基岩裂隙水、大气降水的成分变化规律,利用主成分分析方法,研究鸡场滑坡水-岩(土)作用过程,并分析水岩演化作用对滑坡稳定性的影响。结果表明:(1)滑体内玄武岩的风化过程是一种机械破碎-矿物蚀变耦合的水-(岩)相互作用,发生在“微观-细观-宏观”三种尺度上;(2)选取前三个因子Z1Z2Z3(分别占总方差的49.365%、27.135%、15.092%)分析地下水的化学特征,主因子Z1反映了玄武岩原生矿物的溶蚀作用对地下水化学成分的控制作用,Z2反映了地下水的蒸发作用与SiO2溶解度随pH变化的矿物沉淀作用,主因子Z3反映了地下水与岩(土)体间存在离子交换作用且主参与离子为Mg2+和K+。(3)水岩作用产物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石等黏土矿物,使得岩体结构面内黏土矿物含量增加,岩体劣化损伤,对滑带的形成及滑坡的解体产生重要影响。滑坡地下水与岩土体相互作用的主要过程能被主成分分析结果充分反映。
2023 年 1 期目录
2023, 50(1).  
摘要(36) HTML(56) PDF (355KB)(130)
摘要:
主编观点
对地表水资源与地下水资源重复量的认识与水资源开发利用理念探讨
李文鹏
2023, 50(1): 1-2.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202209031
摘要(87) HTML(128) PDF (2833KB)(319)
摘要:
水文地质与水资源
基岩海岛地下水与海水相互作用研究
张康, 韩冬梅, 曹天正, 宋献方, 王威, 曹艳玲
2023, 50(1): 3-12.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112011
摘要(99) HTML(76) PDF (3773KB)(55)
摘要:
中国北方基岩海岛水文地质条件独特,气候变化和人类活动不同程度地影响着海岛地下水与海水相互作用过程,然而对包括海水入侵(SWI)和海底地下水排泄(SGD)的水文过程的定量认识比较缺乏。本研究基于2012—2016年我国北方某基岩群岛降水、地下水水位、水质动态监测数据,运用数理统计、空间插值和水力学方法,分析了基岩海岛地下水与海水相互作用的特征和影响因素。结果表明,降水和开采是影响地下水、海水相互作用的主要因素,地下水水位变化滞后于降水事件约10 d;南岛东北岸、南岸的大部分地区没有发生海水入侵,地下水向海排泄过程较稳定,2012—2016年SGD速率均值为0.2 m/d,向海NO3-N通量均值为81.8 mmol/(m2·d);北岛东南地区是海水入侵的严重区域,地下水水位长期低于海平面且逐年下降,2012—2016年SWI速率均值为0.3 m/d,向陆NO3-N通量均值为69.6 mmol/(m2·d)。分别计算南、北两岛枯水季(2014年4月)、丰水季(2013年9月)SGD水量,北岛SGD水量为3.5×104~4.5×104 m3/d,南岛SGD水量为0.4×104~1.1×104 m3/d。相关结果可为基岩海岛地下水资源管理和生态环境保护提供重要参考。
基于表面能量平衡模型的张承地区蒸散发研究
董祥旺, 金晓媚, 张绪财, 殷秀兰, 金爱芳, 郎捷, 罗绪富, 马靖宣
2023, 50(1): 13-20.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204007
摘要(114) HTML(63) PDF (4285KB)(56)
摘要:
张家口承德地区是京津冀城市群生态安全的重要屏障,针对该地区长时间序列实际蒸散的时空变化研究较少,以张家口承德地区为研究区,基于表面能量平衡模型(SEBS)结合MODIS和GLDAS数据反演了研究区2001年1月—2020年12月逐月的蒸散量,将反演结果与MOD16A2数据在趋势上进行了对比,并用2021年7月的野外实测数据在像元尺度上对其进行验证,利用Sen+MannKendall显著性检验方法对其时空趋势变化进行了分析,用相关性分析研究了其影响因素。结果表明:模型蒸散量反演结果与MOD16A2数据在月尺度上相关性良好,与野外实测数据的相对误差小于15%,具有较高的可靠性;研究区的年蒸散量在20 a间呈现波动上升趋势,最大值为2013年的545 mm,最小值为2002年的348 mm,且承德地区的蒸散量明显高于张家口地区;20 a间研究区75.41%的区域蒸散量基本稳定不变,5.13%的区域蒸散量增加,1.11%的区域蒸散量显著降低,18.35%的区域蒸散量轻微降低;气温、植被对蒸散量的影响具有显著的正相关性,不同土地用地类型下蒸散量由高到低的顺序为:林地>水体>草地>耕地>建设用地>未利用土地。
基于不同开采方式的煤矿涌水量预测及其环境影响分析
韦华鹏, 罗奇斌, 康卫东, 张子琛
2023, 50(1): 21-31.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201025
摘要(75) HTML(50) PDF (3951KB)(61)
摘要:
煤矿开采不当会对水资源与水环境造成破坏,尤其在生态环境相对脆弱地区更是如此。针对目前矿井涌水量预测大多以单一工作面或煤矿为评价单元,对沟域内煤矿群同时长期开采的地下水环境影响重视不够。选择头道河则沟域为研究区,以地下水勘查、井田勘探资料为依据,构建了头道河则完整沟域的地下水三维非稳定流数值模型,根据地下水、地表水监测数据和煤矿群开采涌水量的长观资料进行模型的识别与验证,以9#煤矿为典型矿区,分析综采和条带充填2种不同开采方式下矿井涌水量及其对水环境的影响。研究结果表明:(1)综采状态下,矿井涌水量增加0.70×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.20×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.21~17.92 m;条带充填开采状态下,矿井涌水量增加0.11×104 m3/d,导致地下水溢出量减少0.04×104 m3/d,引发矿区及区域地下水水位下降0.01~0.44 m。(2)煤矿按综采方式开采,导水裂隙带高度大,将大面积导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较大;若按条带充填方式开采,导水裂隙带高度大幅变小,不会导通第四系潜水含水层,矿井涌水对水环境影响较小。煤矿企业在煤层上覆岩层厚度较薄的地段采煤时,宜采取条带充填开采的方式。研究结果可为研究区或类似煤田开采方案制定、科学处理好煤炭资源开采与生态环境保护关系等提供依据或参考。
非饱和渗流模拟中非均匀空间网格的改进方法
朱帅润, 何博, 吴礼舟, 李绍红, 卿毅伟
2023, 50(1): 32-40.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110013
摘要(70) HTML(46) PDF (3919KB)(31)
摘要:
Richards方程在非饱和渗流模拟及其他相关领域应用广泛。在数值求解过程中,可以采用有限差分方法进行数值离散并迭代求解,为了获得较可靠的数值解,常规的均匀网格空间步长往往是较小的。在一些不利数值条件下,如入渗于干燥土壤,迭代计算费时甚至精度也不能得到很好改善。因此,文章提出Chebyshev空间网格改进方法,结合有限差分方法对Richards方程进行数值离散以获得线性方程组,并通过经典的Picard迭代方法进行迭代求解线性方程组以得到Richards方程的数值解。通过均质土和分层土2个不利情况下的非饱和渗流算例,又结合模型解析解和软件Hydrus-1D,对比研究了改进网格方法与均匀网格方法获得数值解的精度。结果表明,提出的Chebyshev网格方法相较于传统的均匀网格,可以在较少的节点数下获得较高的数值精度,又具有较小的计算开销,有较好的应用前景。
江汉平原过渡带黏性层状土弥散试验与模拟研究
刘泳佚, 史婷婷, 王清, 刘添文, 刘亚磊, 李梦茹
2023, 50(1): 41-50.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201036
摘要(74) HTML(49) PDF (3671KB)(51)
摘要:
为研究江汉平原—大别山区过渡带黏性层状土中溶质迁移的规律,以保守性阴离子Br为示踪剂,通过等温吸附试验、一维弥散试验、HYDRUS-1D软件模拟反演手段,研究了Br在黏性层状土中的吸附参数、迁移规律,模拟反演其弥散参数。结果表明:(1)Freundlich模型和Langmuir模型均能较好的拟合吸附试验结果,随着土壤中黏粒比例的增大,土壤对Br的饱和吸附量有所增加;(2)层状土中土壤质地与结构均会影响穿透曲线的形状,但一维饱和土柱中的弥散过程主要取决于含水介质系统中黏性颗粒的占比,黏粒的增加会对溶质运移产生阻碍作用;(3)通过HYDRUS-1D软件构建模型反演弥散参数,R2均大于0.991,拟合效果较好,分析发现层状土中无论土壤组成类型还是层厚及排序的影响,其本质都是改变了土壤的平均孔隙流速从而影响弥散作用,平均孔隙流速越小其弥散系数越小;(4)试验中粉质黏土弥散系数约为0.005~0.048 cm2/d,远远小于下部砂土弥散系数0.524~7.477 cm2/d,差值达到了至少两个数量级,表明研究区内厚层黏土为控制地层,会较大程度阻碍地下水中溶质运移,上部含水层中的污染物或有机质很难穿透该层向下迁移,具有良好的截污性能。研究结果对江汉平原过渡带地下水环境保护、水质治理具有重要应用价值。
基于电阻率法的充填裂隙-基质中盐热运移试验研究
丁瑞, 邓亚平, 钱家忠, 杨賾, 马雷
2023, 50(1): 51-59.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111055
摘要(63) HTML(44) PDF (4312KB)(74)
摘要:
为探究盐、热示踪剂在裂隙-基质中示踪的有效性,设计了充填裂隙-基质试验模型,开展了不同示踪剂下的试验,结合不同测点的实时动态电阻率监测数据,研究充填裂隙-基质中示踪剂运移过程,并讨论基于电阻率法的盐、热示踪的有效性结果表明:(1)电阻率法可以揭示 3 种不同示踪剂注入充填裂隙-基质系统的过程以及裂隙-基质系统中裂隙的存在;(2)盐热示踪剂下裂隙与基质内的体积电导率变化率差异最为显著;(3)质量浓度与体积电导率拟合效果要优于温度与体积电导率拟合效果。这说明了基于电阻率法的示踪剂对刻画裂隙-基质中裂隙与基质位置的有效性,且盐热联合示踪剂效果最好。数据成果对野外电法勘探裂隙位置及其他非均质地层构造研究具有一定的参考价值。
工程地质与地质灾害
流态地聚物固化土强度特性及其强度预测
易富, 姜珊, 慕德慧, 管茂成
2023, 50(1): 60-68.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205038
摘要(95) HTML(112) PDF (3880KB)(34)
摘要:
地聚物胶凝材料能够替代水泥基胶凝材料作为固化剂应用于狭窄肥槽回填等工程问题中,有效降低水泥生产过程中的污染及能耗,但目前对于流态地聚物固化土胶凝材料的研究较少。采用3种新型绿色胶凝材料联合碱激发剂固化工程渣土形成流态地聚物固化土,通过对比其无侧限抗压强度,探究每种胶凝材料对于固化土强度特性的影响,同时建立强度预测模型,分析不同因素对于强度的影响程度。研究结果表明:固化土的强度随着碱激发剂模数的增加先提高后降低;固化土强度随着高炉矿渣(GGBS)、粉煤灰、稻壳灰掺量的增加均呈上升趋势,随着稻壳灰粒径的增长呈下降趋势;碱激发剂模数增至1.2、GGBS掺量增至10%、粉煤灰掺量增至8%和稻壳灰掺量增至11%时,固化土强度提升最为显著;强度预测模型预测结果的平均相对误差仅为5.57%,预测结果较为精准;预测模型中各层权值的计算结果表明养护龄期对于固化土强度影响最大,稻壳灰粒径影响程度最小。研究结果可以为固化土在实际工程的应用提供理论支持。
大尺寸三维电动-水力渗透协同固结淤泥能耗特性
郑若璇, 孙秀丽, 王渝, 金勋, 郁秦杰, 刘文化
2023, 50(1): 69-77.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202112040
摘要(86) HTML(83) PDF (3544KB)(80)
摘要:
为解决目前电渗应用的高能耗困境及大尺寸模拟困难等问题,提出针对低渗透性、高含水率土体的电动-水力渗流协同作用的三维固结方法。自行研制了一套阴极-集水-排水协同作用的多功能集排水系统,采用间歇式抽水代替连续抽水。采用三维电动-水力渗流固结系统对取自贡湖湾湿地和白旄堆场的2种不同太湖底泥进行了电渗试验研究,同时对白旄堆场太湖底泥进行了传统一维电渗固结试验,并对2种试验条件下的单位体积排水能耗和单位体积单位排水量能耗等关键指标进行了对比。结果表明:三维集水井设计可大大降低土体阴极附近电阻,间断性提高系统电流,提高排水效率,降低电渗总能耗;间歇式抽水可间歇性降低系统内总电流,利用电动-水力协同作用,保持系统渗流的连续性;三维电动-水力渗流固结系统的电流呈周期性减小—增大模式,并且降低速率较慢,尤其对于有机质含量较高的土体,电渗过程电流始终保持在一个较高的水平,提高了排水固结效率。三维电动-水力渗流固结系统的单位体积排水能耗和单位体积单位排水量能耗分别约为一维电渗系统的2/3和1/30。在高含水量软土固结排水中具有显著的节能效果。三维电动-水力渗流固结系统可以提高排水固结效率、大幅度降低能耗,为实际工程应用提供了可靠的理论、设计依据和数据支持,具有很好的推广价值。
线-面结合的结构面粗糙系数经验计算方法
范祥, 安宏磊, 包含, 任贤达, 邓志颖, 吴睿
2023, 50(1): 78-86.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205027
摘要(53) HTML(51) PDF (5492KB)(5)
摘要:
岩体结构面的剪切力学特性主要取决于其表面粗糙特征,结构面粗糙系数是表征该粗糙特征的主要方法。目前对结构面粗糙系数的研究局限于单一维度,多角度且定量化计算结构面粗糙系数能避免单一维度分析导致计算精度不准的局限性。采用立方体花岗岩,通过巴西劈裂的方式制备含结构面的试样;利用高精度三维扫描仪对试样结构面进行扫描,得到结构面的点云数据,同时借助逆向软件对点云数据进行三维重构。研究了点云数据Z方向上的分布频率,剖面线剖面比与节理粗糙系数(JRC)值的关系,结构面面积比与JRC均值的关系。研究表明:点云数据Z方向上的分布频率可以作为初步评估结构面粗糙度的手段;剖面线剖面比与JRC数值、结构面面积比与JRC均值有二次函数的关系。通过数值分析建立了结构面JRC均值与剖面比、面积比的二元函数关系,并得到结构面JRC均值的经验计算公式。本次研究为结构面粗糙度提供了一种“点-线-面”逐渐深入的多角度评估思路,得到的经验公式为计算结构面JRC均值提供了一种新的计算方法。
基于随机森林回归分析的岩体结构面粗糙度研究
李文斌, 冯文凯, 胡云鹏, 周永健, 陈凯, 刘云
2023, 50(1): 87-93.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202110048
摘要(58) HTML(42) PDF (3498KB)(22)
摘要:
岩体结构面粗糙度系数是快速估算结构面峰值抗剪强度的重要参数。但是结构面轮廓曲线复杂,单一统计参数无法量化表征粗糙度。为解决这一问题,收集了112条结构面轮廓曲线起伏角、起伏度、迹线长度3方面的8项统计参数,利用随机森林回归模型交叉验证的方法评估统计参数的重要性。结果表明:最大起伏度、起伏高度标准偏差、平均起伏角、起伏角标准差、平均相对起伏度及粗糙度剖面指数等6项统计参数重要性占比达到93.2%,且回归拟合系数趋于平稳,基于重要性评估结果建立最优超参数决策树数目(ntree)为400、参与节点分割的数目(mtry)为2的随机森林回归模型,模型预测结果拟合优度高达98.1%。与基于坡度均方根、结构函数及粗糙度剖面指数等传统线性回归结果对比,随机森林回归模型结果精度更高,误差更小,拟合优度提高6%以上,表明随机森林回归模型更适用于结构面粗糙度反演。
爆破扰动下TBM隧洞时滞型岩爆特征及影响机制研究
全永威, 王军, 熊永润, 姚志宾, 张宇, 胡磊
2023, 50(1): 94-103.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202042
摘要(51) HTML(56) PDF (5404KB)(52)
摘要:
时滞型岩爆的发生通常具有很强的随机性,会对施工安全造成巨大的威胁,而开挖扰动、爆破扰动等均会对潜在时滞型岩爆区产生不同程度的影响。依托某隧道掘进机(TBM)引水隧洞,采用理论分析和对比分析法研究了拆机洞爆破开挖期间K54+000—K54+700段发生的5次时滞型岩爆,发现:(1)强烈岩爆和中等岩爆区位于缓倾断层附近,围岩发育短小隐节理和含充填的细密节理,轻微岩爆距断层远或位于正断层附近,除含充填的细密节理外,均至少发育1条含充填物的倾向SW的陡倾结构面;(2)TBM法开挖隧洞时滞型岩爆滞后爆破时间更长,滞后工作面距离更远,且爆破对TBM隧洞的扰动作用相对较小;(3)爆破扰动使得潜在时滞型岩爆区围岩失稳变得容易,从而加速了时滞型岩爆的进程。研究成果可为TBM隧洞时滞型岩爆的预警与防控提供参考。
降雨诱发堆积体滑坡水土响应与稳定性时空演化试验研究
孟生勇, 江兴元, 杨义, 孙乾征, 史文兵
2023, 50(1): 104-112.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204014
摘要(77) HTML(114) PDF (5244KB)(51)
摘要:
降雨在松散堆积土中入渗引起内部水土力学的变化是影响稳定性的关键。目前研究多侧重考虑颗粒粒径、含量等因素对斜坡破坏的影响,但是针对斜坡体内部水土响应及稳定性时空演化方面的研究存在不足。基于野外滑坡案例,通过室内降雨滑坡模型试验、土力学试验和理论分析手段,研究了降雨触发松散堆积体斜坡变形破坏过程及模式,采用Van Genuchten模型(VG模型)重构了土体的土-水特征曲线,重点探究了斜坡内部水土力学变化以及稳定性时空演化规律。结果表明:(1)堆积体斜坡破坏经历了微裂隙发育-局部破坏-整体破坏3个阶段,呈现出“初期拉裂-坡面坍塌-塑性滑动”的破坏模式;(2)入渗过程斜坡体积含水率以及孔隙水压力急速增加,而土颗粒之间基质吸力下降甚至消散,促进了斜坡破坏发展;(3)土体力学强度随体积含水率升高呈指数下降,体积含水率为36.3%时,有效黏聚力和有效内摩擦角仅为0.27 kPa、3.39°;(4)基于极限平衡理论和斜坡土水特征监测数据,构建了斜坡稳定性时空演化图谱,与模型试验破坏特征有较好的一致性。研究结果对降雨作用下的堆积层斜坡监测预警与防灾减灾提供理论支撑。
基于Midas-GTS的三峡库区金鸡岭滑坡成因机制与稳定性分析
谭银龙, 许万忠, 曹家菊, 罗丹, 王本栋, 谯立家, 周谊
2023, 50(1): 113-121.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202204054
摘要(83) HTML(46) PDF (5274KB)(61)
摘要:
金鸡岭滑坡在暴雨后发生明显变形,通过现场勘察、钻探、物探、深部位移监测以及水平位移监测得出初步结论。为进一步查明该滑坡成因机制,通过解译现有勘察监测资料,结合Midas-GTS软件分析不同工况下滑坡的渗流场、位移场、稳定性计算,综合评价其成因机制。结果如下:(1)物探解译得出金鸡岭滑坡为岩土混合、含水滑坡,滑动面位于T2b1泥灰岩和T2b2泥岩分界线;(2)深部位移监测揭示该滑坡为浅表层土体在发生滑移,滑动面与物探解译得出的滑动面位置一致;(3)水平位移监测表明浅表分布的后梆滑坡和潘家岭滑坡变形速率较快,变形强烈;(4)数值模拟结果显示金鸡岭滑坡在现状工况下处于基本稳定状态;在排干地下水工况下处于基本稳定状态;在暴雨工况下处于欠稳定状态,可能产生整体滑移,其上的潘家岭滑坡及后梆滑坡产生土体次级滑移。(5)金鸡岭滑坡的地形地貌、地质构造、地层岩性、为滑坡的形成和发展提供了物源和场地条件,暴雨和人类工程活动作为诱发因素,进一步加剧滑坡变形。该研究成果将为三峡库区类似滑坡的成因机制与稳定性分析提供理论依据,对后期防治措施具有重要指导意义。
川藏寒区道路边坡涎流冰防治措施试验研究
赵文, 刘亚雄, 吉安娜, 高文杰, 王国生
2023, 50(1): 122-131.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202203034
摘要(70) HTML(65) PDF (13726KB)(94)
摘要:
涎流冰是川藏寒区道路工程常见病害,严重威胁道路建设及运营安全。防止地下水出露地表或者地下水位过高可减缓或消除涎流冰病害。野外调查和卫图判识表明川藏寒区涎流冰以溢流型为主。通过室内物理模拟试验研究采用含砾粗砂或卵石换填疏导地下水以及铺设防水土工布隔水对涎流冰的防治效果。试验表明:当冻结深度大于地下水位埋深时会逐渐形成涎流冰;采用含砾粗砂或卵石作为换填渗流层,加快地下水排泄,可有效减少孔隙水压力,相对于未处治边坡,涎流冰体积分别减少85.4%和93.9%,孔隙水压力分别减少46.2%和58.1%;采用防水土工布阻隔地下水,涎流冰面积减少97.5%,但孔隙压力会增加。考虑到川藏交通廊道区卵(碎)石材料充足,推荐采用渗透性良好的卵(碎)石作为换填层,加强地下水疏导,并在换填层上铺设防水土工布隔水。研究成果可为川藏地区交通道路涎流冰防治提供参考。
郑西高铁地面振动实测分析及隔振沟效果研究
宋玉兰, 杨立中
2023, 50(1): 132-143.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205041
摘要(69) HTML(74) PDF (6927KB)(6)
摘要:
高铁列车动载会引起环境振动问题。为研究高速列车运行在高架段和路堤段引起的环境振动差异,文章对郑西线高速铁路展开现场测试,对比分析高架段和路堤段地面振动特征及其衰减规律。测试结果表明,路基段的振动响应大于高架段,高架段近场区衰减作用高于路堤段近场区域。振动传播过程中存在多次反弹增大现象,路堤段地面振动反弹增大位置滞后于高架段。高架段和路堤段的二次反弹增大率均明显大于一次反弹增大率。Z振级随距离的衰减符合对数衰减规律,拟合得到黄土地区Z振级衰减公式,最大偏差均出现在反弹增大区。引入无限元-黏弹性耦合边界条件,建立路堤段三维轨道-土体-隔振沟数值模型分析高速铁路隔振沟对减隔振的影响。研究发现空沟对中高频(30~60 Hz)振动波的隔振效果较低频(1~20 Hz)振动波明显,其具有低通滤波作用。空沟比填充沟隔振效果好,但是考虑到沟壁的稳定性,可在空沟中填入软质材料。研究成果可为高速铁路的设计及其环境振动的评价和控制提供参考。
生态地质与环境地质
地表基质综合调查:内涵、分层、填图与支撑目标
殷志强, 陈自然, 李霞, 卫晓锋, 邵海
2023, 50(1): 144-151.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205004
摘要(92) HTML(87) PDF (7023KB)(137)
摘要:
地表基质综合调查评价是支撑自然资源管理和服务宜林宜草、宜耕宜荒的基础性工作。关于地表基质综合调查的理论基础、目标定位、科学内涵、填图方法及分类分层等是目前探索的焦点与热点。文章在近年来承德生态文明示范区地表基质综合调查与多尺度填图的基础上,结合全国不同典型地区地表基质调查研究试点工作,进一步厘清了地表基质的科学内涵与支撑服务目标,建立了地表基质第三级分类方案和填图单元及命名方式,提出了地表基质调查中生产层、生态层和生活层的深度范围,最后从支撑塞罕坝地区植树造林和坝上地区狼毒草生态防治两个案例揭示了地表基质对植被群落的约束作用。研究成果可为深入理解地表基质的科学意义和开展全国范围的地表基质调查、监测、评价、区划提供基础参考。
实验室尺度高地温梯度模拟地层的实现方法研究
张德谦, 雷海燕, 戴传山
2023, 50(1): 152-157.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202201050
摘要(75) HTML(76) PDF (4783KB)(75)
摘要:
地热井与周围热储层的传热过程对地热井产热性能研究有重要意义。由于实际工程中在地热井周边布置测点较难,无法获取地热井周围热储层的参数变化,进而为地热热储模拟结果提供验证,故以往大多地热热储模拟仅将地热井作为源项处理,未考虑地热流体和储层的耦合流动换热。实验室条件下的模拟试验方便布置测点,可为热储-井筒耦合流动传热模型提供试验验证,其中如何实现实验室尺度下有温度梯度的模拟地层是试验研究的关键,目前尚未有类似研究。基于传热学基本原理,研究了实验室条件下有较高温度梯度多孔地层的快速实现方法,通过确定模拟热储层和热储盖层几何尺寸、优选填充多孔介质和实现恒定温度的模拟热储层,设计了一套实验室尺度下有高温度梯度的模拟地层系统,通过分层加热与边界动态热补偿方法,较快实现了热储层温度分别为60 ,65,70 °C下模拟地层的线性温度分布,采用有限体积法得到的数值模拟与试验结果的相对误差在±2.5%范围内,二者吻合较好。文章设计搭建的模拟地层系统可为开展地热井筒-热储耦合模拟试验提供条件,进而为开发的地热热储-井筒耦合传热数值软件提供试验验证。
福建盐田海水补给型地热系统地球化学特征及其成因
刘春雷, 李亚松, 洪炳义, 曹胜伟, 王婉丽, 李剑锋
2023, 50(1): 158-167.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202205017
摘要(72) HTML(75) PDF (4061KB)(42)
摘要:
海水补给型地热系统具有补给资源量大,但温度低、水质咸化等特点,查明沿海地热水循环补给条件和成因机制,对东南沿海地热资源的合理开发利用和保护具有重要意义。在泉州官桥盐田地热区分别采集了地热水、地下水和海水样品14个,利用水化学同位素特征分析和地球化学温标法,揭示了官桥盐田地热水循环补给和地热资源成因机制。结果表明:地热水水化学类型为Cl—Na型水,与海水水化学类型一致;H01和H02的溶解性固体总量(TDS)分别为2610 mg/L和3 090 mg/L,地下水以TDS小于400 mg/L的$ {\rm{HCO}}_3$—Na型水为主;地热水富集Br,地下水中Br未检测,表明盐田地热水存在现代海水或者海相沉积层古海水补给。根据盐田地热田H01和H02地热水Cl混合模型计算,地热水H01海水混入比为9.13%,H02海水混入比为10.76%,显示H01在出露于第四系地层后混入了更多的地下水。综合分析认为,海水是盐田地热水的重要补给资源,地热水化学组分受海水混合作用影响明显,深层热水上升过程中存在两次或者多次地下水或者海水混入从而形成浅层热储,采用SiO2 地热温标和多矿物平衡法估算的浅层热储温度在89~121 °C之间。
张掖盆地地热资源赋存特征及成因分析
尹政, 柳永刚, 张旭儒, 李玉山, 冯嘉兴
2023, 50(1): 168-178.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202050
摘要(72) HTML(72) PDF (4479KB)(41)
摘要:
张掖盆地地处甘肃省河西走廊黑河流域中游地区,地势南东高北西低。已有勘探资料显示,张掖盆地赋存丰富的水热型地热资源。通过研究该区域地球物理勘探、钻探、地温测量及水文地球化学等成果资料,分析了张掖盆地地热资源赋存特征,探讨了其成因模式。张掖盆地地热田属沉积盆地型中低温地热田,热储为呈层状分布的新近系白杨河组砂岩、砂砾岩,选择钾镁地球化学温标计算热储温度为47~82 °C,盖层为新近系上新统疏勒河组泥岩及第四系松散地层;地热水类型主要为碎屑岩类孔隙水,根据氢氧同位素特征推断其主要补给来源为南部祁连山区大气降水;祁连山北缘深大断裂和盆地内NNW向基底断裂是地热流体深循环良好的导水通道,地下水接受补给后沿导水断裂带或岩层孔隙裂隙运移,在深部热传导的增温作用下,赋存于碎屑岩类孔隙之中形成了本区的地热资源。水质分析结果表明:本区地热水属于溶滤型的陆相沉积水,水化学类型为Cl·SO4—Na型,F、SiO2、溶解性总固体、总硬度含量随水温的升高而增大;区内地热水3H值普遍小于2.0 TU,说明形成年代较早;14C分析结果进一步证实,区域地热水形成年龄超过20 ka,反映出地热流体补给路径长、径流缓慢的特点。研究成果可为张掖盆地地热资源勘查和开发利用提供重要参考。
基于主动加热型分布式温度感测光缆的土体导热系数测量方法
姚俊成, 刘洁, 王金路, 孙梦雅, 方可, 施斌
2023, 50(1): 179-188.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111076
摘要(71) HTML(74) PDF (3989KB)(77)
摘要:
主动加热型分布式温度感测技术(AH-DTS)可通过植入土体中的光缆实现不同层位土体导热系数的分布式连续测量,但AH-DTS光缆导热系数测量方法的准确性和敏感性有待进一步研究。通过室内试验,对比了碳纤维加热感测光缆(CFHC)和铜网加热感测光缆(CMHC)的热响应过程,通过数值模拟验证了光缆结构对导热系数测量结果的影响。研究结果表明:(1)CFHC和CMHC的热响应过程可通过微分法分为光缆内部传热、纤-土过渡以及土体稳定传热3个阶段,光缆结构差异导致传热速率不同,使得CFHC导热系数测量初始时刻比CMHC提前100 s;(2)光缆尺寸与比热容差异下CFHC的升温值更高,相同测温精度CFHC的导热系数测量结果较CMHC更加稳定准确;(3)增大加热功率或延长加热时间均会提高CFHC和CMHC测量土体导热系数的准确性。研究成果为该技术的进一步完善和推广提供了重要依据。
药物和个人护理用品对地下水污染的风险评价
吴林, 石国伟, 刘雅慈, 李亚松, 李青生
2023, 50(1): 189-196.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202202028
摘要(107) HTML(106) PDF (3370KB)(105)
摘要:
为进一步明确污泥土地利用过程中新型有机污染物——药物和个人护理用品(PPCPs)对地下水污染的风险,采用数学模型初步预测和评价了29种PPCPs在砂土和壤土2种介质条件下对地下水污染的风险。结果表明:砂土条件下,环丙沙星、氧氟沙星、土霉素、诺氟沙星和咖啡因等5种PPCPs的风险指数大于1,具有高地下水污染风险,其中,除咖啡因外,其余4种PPCPs均为抗生素类药物,应加强其在地下水中的监测和防控。壤土条件下,29种PPCPs对地下水均表现为低污染风险。吸附强度是影响PPCPs对地下水污染风险的最主要因素。PPCPs在包气带中的半衰期、有机碳-水分配系数、土壤密度、有机碳含量、含有机质的上层土壤层厚度是模型主要的敏感参数。不确定性分析显示,PPCPs的有机碳-水分配系数和其在包气带中的半衰期的改变对地下水污染风险评价结果影响较大。验证表明,地下水污染风险指数越大的PPCPs在地下水中的检出率也越高,说明评价结果具有一定的合理性。今后应加强对PPCPs降解产物、地下水中安全浓度值、共存PPCPs相互作用及介质非均质性影响等方面的研究,以便更加精确地评价PPCPs对地下水污染的风险。
贵州贞丰—关岭花江喀斯特石漠化地区土壤厚度的空间分布特征
邓大鹏, 刘琦, 卢耀如, 闫钇全
2023, 50(1): 197-206.   doi: 10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.202111005
摘要(94) HTML(108) PDF (5903KB)(49)
摘要:
土壤厚度与石漠化发展程度有着密切的关系,土壤也是石漠化地区生态恢复以及农业生产的基础。为了研究典型高原峡谷中-强度石漠化地区的土壤厚度空间分布规律,在土壤厚度野外调查的基础上,利用地统计学方法分析了贵州典型石漠化地区——贞丰—关岭花江小流域土壤厚度空间分布特征及主要影响因素。结果表明:(1)研究区土壤平均厚度仅为26 cm,土壤平均厚度表现为坡耕地>荒地>林地;(2)土壤厚度空间变异性以强度为主,荒地的土壤厚度空间分布连续程度优于林地和坡耕地,林地的土壤厚度空间分布有明显突变性,坡耕地的土壤厚度具有点状分布特征,有耕作物附近土壤厚度较大;(3)土壤厚度与海拔、基岩裸露率、坡度之间均有明显负相关关系;(4)自然和人为因素综合影响下的土壤强侵蚀是研究区土壤厚度分布极为不均的主要原因,对该区域石漠化的治理可以采用工程措施与生物措施相结合的方法。研究结果对研究区石漠化因地制宜地防治及其他地区水土流失防治、生态恢复、农业合理生产具有一定的参考价值。

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