2019年  27卷  第5期

岩体工程地质
摘要:
岩体内裂隙等非连续结构面对岩体的强度及变形等力学特性有着显著的影响,研究岩体裂隙起裂、扩展、相互作用和贯通机制,对工程岩体力学行为的表征和工程性能的评价十分重要。本文基于连续介质力学模型的离散元方法,通过考虑裂隙分布、模型加载条件及其与裂隙产状的关系,建立了一系列裂隙力学计算模型,研究了不同模型裂隙扩展演化特征和岩体破裂机制,分析了岩体裂隙扩展规律及其对岩体破坏路径和强度的影响,研究结果表明:(1)裂隙岩体模型加载条件下的破坏起裂点、最终贯通破坏特征及损伤分布受控于裂隙的产状及其与最大主压应力取向角度大小及围压大小。(2)裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙弱面在加载条件下其端部裂隙扩展、贯通破坏表现比较明显,反之,当裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致时,裂隙弱面被动影响裂隙模型内新生裂隙的萌生、扩展和贯通模式,自身未出现新的扩展破坏。(3)裂隙数目的增多和围压的增大会显著增加模型内部剪切裂缝的数量和模型破坏后的破碎程度,模型内部的损伤区域主要围绕破裂面呈滑移线型交叉分布,非破裂面区域损伤呈条带状X型分布。(4)裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙对岩体模型强度的弱化程度高于裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致的情况,而裂隙模型破坏后的残余强度则正好相反。 岩体内裂隙等非连续结构面对岩体的强度及变形等力学特性有着显著的影响,研究岩体裂隙起裂、扩展、相互作用和贯通机制,对工程岩体力学行为的表征和工程性能的评价十分重要。本文基于连续介质力学模型的离散元方法,通过考虑裂隙分布、模型加载条件及其与裂隙产状的关系,建立了一系列裂隙力学计算模型,研究了不同模型裂隙扩展演化特征和岩体破裂机制,分析了岩体裂隙扩展规律及其对岩体破坏路径和强度的影响,研究结果表明:(1)裂隙岩体模型加载条件下的破坏起裂点、最终贯通破坏特征及损伤分布受控于裂隙的产状及其与最大主压应力取向角度大小及围压大小。(2)裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙弱面在加载条件下其端部裂隙扩展、贯通破坏表现比较明显,反之,当裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致时,裂隙弱面被动影响裂隙模型内新生裂隙的萌生、扩展和贯通模式,自身未出现新的扩展破坏。(3)裂隙数目的增多和围压的增大会显著增加模型内部剪切裂缝的数量和模型破坏后的破碎程度,模型内部的损伤区域主要围绕破裂面呈滑移线型交叉分布,非破裂面区域损伤呈条带状X型分布。(4)裂隙弱面走向与最大主压应力取向斜交时,裂隙对岩体模型强度的弱化程度高于裂隙弱面走向与最大主压应力取向一致的情况,而裂隙模型破坏后的残余强度则正好相反。
摘要:
近年来我国地震灾害频发,强震诱发边坡失稳作为地震中最为常见的次生灾害,致使我国的地震滑坡灾害数量位居全世界之首,针对强震作用下岩质边坡动力响应问题,采用铁粉、重晶石粉、石英砂、石膏、水作为相似材料,开展了均质岩质边坡振动台试验。详细分析了均质边坡模型在不同频率和幅值地震波输入下的地震动响应特征,发现当频率较低时,沿坡表水平距离方向上监测点的水平加速度放大系数是单调增大的,坡肩处水平加速度放大系数达到最大值,当频率进一步增大接近或者超过模型自振频率时,边坡模型不再呈现出典型的放大现象;相同幅值不同频率加载条件下,均质边坡模型的自振频率变化整体不太明显,而输入加速度幅值的变化对自振频率的影响更为显著,低频成分对模型损伤不明显,高频及自振频率附近频段对均质边坡的损伤更为强烈,导致模型的自振频率显著下降。该问题的研究对强震作用下岩质边坡地震动响应及变形破坏机理研究具有一定的指导意义。 近年来我国地震灾害频发,强震诱发边坡失稳作为地震中最为常见的次生灾害,致使我国的地震滑坡灾害数量位居全世界之首,针对强震作用下岩质边坡动力响应问题,采用铁粉、重晶石粉、石英砂、石膏、水作为相似材料,开展了均质岩质边坡振动台试验。详细分析了均质边坡模型在不同频率和幅值地震波输入下的地震动响应特征,发现当频率较低时,沿坡表水平距离方向上监测点的水平加速度放大系数是单调增大的,坡肩处水平加速度放大系数达到最大值,当频率进一步增大接近或者超过模型自振频率时,边坡模型不再呈现出典型的放大现象;相同幅值不同频率加载条件下,均质边坡模型的自振频率变化整体不太明显,而输入加速度幅值的变化对自振频率的影响更为显著,低频成分对模型损伤不明显,高频及自振频率附近频段对均质边坡的损伤更为强烈,导致模型的自振频率显著下降。该问题的研究对强震作用下岩质边坡地震动响应及变形破坏机理研究具有一定的指导意义。
摘要:
地下工程岩体渗流-损伤-应力耦合问题的研究对于巷道围岩的稳定性分析具有重要意义。本文在总结分析了巷道变形破坏类型影响因素的基础上,基于弹塑性力学、渗流力学以及损伤理论建立了岩体渗流-损伤-应力耦合模型。该模型充分考虑了多物理场耦合过程中,工程岩体的非均质性,岩体力学参数发生的动态弱化过程,围岩塑性屈服的峰后特性以及渗透系数在损伤过程中的突变性。基于多物理场耦合软件,数值模拟结果分析得到,使用该模型能更好地反映巷道围岩的屈服破坏程度和渐进破坏过程。应用该模型分析不同深度下的巷道围岩渐进性破坏过程可以得出:水平地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在顶拱和底板,竖直地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在两侧边墙,水平地应力和竖直地应力相近的地层中,巷道四周均发生不同程度的破坏,这与工程实际有很好的符合。 地下工程岩体渗流-损伤-应力耦合问题的研究对于巷道围岩的稳定性分析具有重要意义。本文在总结分析了巷道变形破坏类型影响因素的基础上,基于弹塑性力学、渗流力学以及损伤理论建立了岩体渗流-损伤-应力耦合模型。该模型充分考虑了多物理场耦合过程中,工程岩体的非均质性,岩体力学参数发生的动态弱化过程,围岩塑性屈服的峰后特性以及渗透系数在损伤过程中的突变性。基于多物理场耦合软件,数值模拟结果分析得到,使用该模型能更好地反映巷道围岩的屈服破坏程度和渐进破坏过程。应用该模型分析不同深度下的巷道围岩渐进性破坏过程可以得出:水平地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在顶拱和底板,竖直地应力为主导的地层中的巷道,屈服破坏主要发生在两侧边墙,水平地应力和竖直地应力相近的地层中,巷道四周均发生不同程度的破坏,这与工程实际有很好的符合。
摘要:
水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。 水岩长期作用下红层软岩体现出成岩作用差、易风化、易软化崩解等特点,给软岩工程设计与施工带来挑战。以滇中红层软岩地区所取泥岩试样为研究对象,首先对自然和饱水状态下岩样进行单轴和三轴压缩试验,分析水岩作用下软岩的力学特性;然后采用X射线衍射技术对不同含水状态下软岩微观结构进行对比研究;最后基于试验结果对滇中地区红层软岩遇水软化机制进行了探讨。研究结果表明:水岩作用下软岩力学性质劣化明显,岩石峰值抗压强度显著降低,岩体破坏程度提高;软岩黏土矿物颗粒吸水膨胀,微观结构由致密的团粒状转变为疏松多孔的不规则片状和鳞片状结构;伊利石等黏土矿物与水反应,产生的不均匀应力和大量微孔隙导致软岩内部结构破坏;红层软岩的遇水软化机制包括软岩矿物的溶蚀和次生作用、黏土矿物的吸水膨胀与崩解、软岩与水作用导致颗粒间胶结连结破坏等。
摘要:
页岩气储层的力学性质是影响页岩井壁稳定性的重要因素。根据不同围压下龙马溪组页岩的单三轴试验结果,开展页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征研究。结果表明:从初始到屈服阶段,岩样的总吸收能几乎全部转化为弹性应变能;屈服阶段至峰值强度阶段期间,弹性应变能与总吸收能之比逐渐减小,耗散能逐渐增加。峰后弹性应变能骤降,耗散能迅速增加。能量的耗散与岩石损伤具有正相关性;从能量角度揭示的损伤演化规律符合"S"型曲线特征;低围压下,龙马溪组页岩脆性指数更强,高围压下,它的脆性指数更弱。本文的研究对指导储层压裂效果评价及井壁稳定性评价具有重要的意义和应用价值。 页岩气储层的力学性质是影响页岩井壁稳定性的重要因素。根据不同围压下龙马溪组页岩的单三轴试验结果,开展页岩能量演化规律、损伤演化规律和脆性特征研究。结果表明:从初始到屈服阶段,岩样的总吸收能几乎全部转化为弹性应变能;屈服阶段至峰值强度阶段期间,弹性应变能与总吸收能之比逐渐减小,耗散能逐渐增加。峰后弹性应变能骤降,耗散能迅速增加。能量的耗散与岩石损伤具有正相关性;从能量角度揭示的损伤演化规律符合"S"型曲线特征;低围压下,龙马溪组页岩脆性指数更强,高围压下,它的脆性指数更弱。本文的研究对指导储层压裂效果评价及井壁稳定性评价具有重要的意义和应用价值。
摘要:
因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。 因长期遭受地质作用和构造力的改造作用,地下岩体中存在大量的软弱破碎带,隧道开挖穿越这一地带很容易出现较大的变形,甚至出现塌方等事故。论文采用TGP超前地质预报与掌子面围岩调查相结合的方法进行隧道掌子面及前方未开挖岩体的精细化地质调查,获取了隧道围岩的Hoek-Brown参数。采用FLAC3D数值模拟方法,分析了破碎带围岩在既定支护条件下的稳定性,并与现场监测数据进行对比,验证此方法的正确性。研究结果表明,数值模拟结果与实际监测结果较为吻合,可以将此方法用于指导未开挖段隧道的稳定性预测,以确保隧道掘进过程的施工安全。
摘要:
工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。 工程开挖面附近卸荷扰动区的岩体,受结构面和拉应力共同影响作用,其变形和破坏具有拉剪复合特征。为研究节理岩体的拉剪力学特性,基于颗粒离散元法针对共面断续节理岩体开展了系列数值模拟研究。通过假设粒间接触的力学参数服从Weibull分布表征岩体的非均质性,探讨了非均质性、均质度、法向拉应力和节理连通率对节理岩体拉剪强度和破坏模式的影响。研究表明:拉剪应力条件下非均质性节理岩体主要沿阶梯型破裂面破坏,剪应力-水平位移曲线可以分为线性变形阶段、非线性变形阶段、峰值及峰后阶段;随均质度提高,节理岩体的剪切强度逐渐增加且提升幅度逐渐减弱,趋于均质岩体,岩体中微裂纹由弥散型分布向破裂面集中;节理岩体峰值剪切强度和法向拉应力的大小呈非线性负相关关系;岩体剪切强度随节理连通率增加而显著降低。
摘要:
对复杂地形的高陡/直立边坡的地形测量及三维数值模型的建立一直是地质工作者面临的难题。近年来,无人机由于其形体小巧、机动性强以及可以获取高分辨率影像的特性在地质调查中受到了广泛的应用。本文基于低空无人机倾斜摄影技术,借助Agisoft Photoscan三维实景建模软件和基于逆向工程的Geomagic Studio强大的点云数据处理功能,结合南方CASS的地形制图功能对复杂地形的高陡/直立边坡实现快速地形成图。并利用Geomagic Studio的CAD曲面建模功能,重构复杂地形的高陡/直立边坡闭合CAD曲面模型,再通过Hypermesh强大的几何处理及网格划分能力,对CAD曲面模型进行模型切割并网格化,实现复杂地形的高陡/直立边坡的精细三维数值模型的建立,最后转化为FLAC3D可识别的文件格式进行计算分析。本文选择了浙江省神仙居景区飞天瀑景点作为实例研究,结果表明,无人机的使用使复杂地形的高陡/直立边坡实现了快速高效且精确的地形成图和三维建模。该方法具有简单实用、快速便捷且实用性强的优点。 对复杂地形的高陡/直立边坡的地形测量及三维数值模型的建立一直是地质工作者面临的难题。近年来,无人机由于其形体小巧、机动性强以及可以获取高分辨率影像的特性在地质调查中受到了广泛的应用。本文基于低空无人机倾斜摄影技术,借助Agisoft Photoscan三维实景建模软件和基于逆向工程的Geomagic Studio强大的点云数据处理功能,结合南方CASS的地形制图功能对复杂地形的高陡/直立边坡实现快速地形成图。并利用Geomagic Studio的CAD曲面建模功能,重构复杂地形的高陡/直立边坡闭合CAD曲面模型,再通过Hypermesh强大的几何处理及网格划分能力,对CAD曲面模型进行模型切割并网格化,实现复杂地形的高陡/直立边坡的精细三维数值模型的建立,最后转化为FLAC3D可识别的文件格式进行计算分析。本文选择了浙江省神仙居景区飞天瀑景点作为实例研究,结果表明,无人机的使用使复杂地形的高陡/直立边坡实现了快速高效且精确的地形成图和三维建模。该方法具有简单实用、快速便捷且实用性强的优点。
土体工程地质
摘要:
研究Cu2+污染物对桂林红黏土土性异变的影响。通过开展XRD、XRF及压汞试验,探讨Cu2+污染红黏土中主要矿物成分的异变规律及微观孔隙结构的变化趋势,结果表明:红黏土中主要矿物成分为高岭石、石英和针铁矿,Cu2+污染对这3种主要矿物成分的含量产生显著影响,随着Cu2+浓度的增大,高岭石和针铁矿的含量逐渐减少,石英的含量逐渐增多,其含量变化率大小关系为:高岭石>针铁矿>石英,且在浓度为2%时,高岭石的损失率高达10.69%,针铁矿的损失率达到5.38%;红黏土孔隙分布曲线为双峰分布,双峰分别分布在0.01-0.1 μm和1~10 μm之间,且在0.01~0.1 μm之间的微小孔隙占了绝对优势。随着Cu2+浓度的增加,"双峰"逐渐右移,孔隙变大;"峰宽"逐渐变宽,孔隙变多。通过开展相关力学试验,观察Cu2+污染红黏土的变形强度特性异变规律,试验结果表明:Cu2+污染对红黏土的变形强度特性影响显著。随着Cu2+浓度的增加,土体的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力C和内摩擦角φ逐渐减小,初始孔隙比e0和压缩系数α逐渐增大;当Cu2+浓度从0增大至2%时,土体应力-应变关系曲线由典型的应变软化型转变为弱应变硬化型,无侧限抗压峰值强度减少了76.91%,抗剪强度平均损失率达到69.36%。 研究Cu2+污染物对桂林红黏土土性异变的影响。通过开展XRD、XRF及压汞试验,探讨Cu2+污染红黏土中主要矿物成分的异变规律及微观孔隙结构的变化趋势,结果表明:红黏土中主要矿物成分为高岭石、石英和针铁矿,Cu2+污染对这3种主要矿物成分的含量产生显著影响,随着Cu2+浓度的增大,高岭石和针铁矿的含量逐渐减少,石英的含量逐渐增多,其含量变化率大小关系为:高岭石>针铁矿>石英,且在浓度为2%时,高岭石的损失率高达10.69%,针铁矿的损失率达到5.38%;红黏土孔隙分布曲线为双峰分布,双峰分别分布在0.01-0.1 μm和1~10 μm之间,且在0.01~0.1 μm之间的微小孔隙占了绝对优势。随着Cu2+浓度的增加,"双峰"逐渐右移,孔隙变大;"峰宽"逐渐变宽,孔隙变多。通过开展相关力学试验,观察Cu2+污染红黏土的变形强度特性异变规律,试验结果表明:Cu2+污染对红黏土的变形强度特性影响显著。随着Cu2+浓度的增加,土体的无侧限抗压强度、抗剪强度、黏聚力C和内摩擦角φ逐渐减小,初始孔隙比e0和压缩系数α逐渐增大;当Cu2+浓度从0增大至2%时,土体应力-应变关系曲线由典型的应变软化型转变为弱应变硬化型,无侧限抗压峰值强度减少了76.91%,抗剪强度平均损失率达到69.36%。
摘要:
土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率(小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%)下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。 土水特征曲线是非饱和土的基本土物理-力学关系,即将含水率这一物理参数转化为土粒间力的作用,土水特征曲线受土的结构控制。为了探讨击实黄土孔隙结构对土水特征曲线的影响,本文在3种不同的初始含水率(小于最优含水率8%、最优含水率17%和大于最优含水率19%)下制备不同结构的击实黄土试样,分别用压汞试验测其孔隙分布曲线,用滤纸法测其土水特征曲线,并用扫面电镜获得其微观结构图像。对以上测试结果的分析表明,3种击实土样的孔隙分布曲线在相应的大孔径范围内相差较大,在小孔径范围内趋于一致;土水特征曲线在低吸力区差异较大,小于最优含水率的击实黄土土水特征曲线最陡;在高吸力区,3种击实土样的土水特征曲线趋于一致,这与孔隙分布特征一致。对比孔隙密度分布曲线与土水特征区曲线发现,土的土水特征受孔隙分布的控制,孔隙密度越大,土水特征曲线的斜率越陡。SEM图像也显示出3种击实土样的结构特点,小于最优含水率的土样有较多架空孔隙,优势孔径最大;高于最优含水率的土样,大孔隙减少,小孔隙增多,优势孔径最小。而最优含水率的击实黄土的孔隙分布较均匀,优势孔径覆盖范围大。
摘要:
利用改进的渗气仪器对不同地区原位马兰黄土地层及原状马兰黄土试样的渗气率进行了测量。通过新研制的原位渗气率试验装置和已有成熟经验的室内原状黄土试样渗气率试验装置的渗气率测定结果进行对比,对原位渗气率试验结果的可靠性进行了验证;结合两种渗气率试验方法所得的结果综合分析了颗粒粒径、孔隙比、含水率等因素对马兰黄土渗气率的影响规律及其机理;通过原位渗气率试验分析了湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴对黄土地层渗气率的影响规律及其机理。结果表明:原状黄土试样室内渗气试验与黄土地层原位渗气试验获得的结果基本一致,黄土地层原位渗气率试验结果是可靠的。原位试验因能够最大程度上避免试样取样、运输及室内制样等过程的扰动影响而结果更为精确,且能较好地反映黄土地层的真实情况,室内渗气率试验只适合均匀、无明显节理裂缝(隙)的黄土试样。两种渗气率试验结果均表明:马兰黄土粗颗粒愈多级配愈差渗气率愈大,反之渗气率则愈小;同一地点随深度增加、孔隙比减小、含水率增大,渗气率呈现减小的趋势。潜蚀黄土场地湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴附近黄土地层因受裂缝(隙)和洞穴扰动,渗气率明显偏大,而远离湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴的黄土地层渗气率基本接近于非洞穴裂缝(隙)分布区黄土渗气率平均值。原位渗气率测量结果精确,测量过程快速便捷,该方法在评价黄土地层渗透性乃至评价黄土地层结构缺陷(如隐伏节理裂隙、潜蚀洞穴的发育程度)等方面具有广阔的应用前景。 利用改进的渗气仪器对不同地区原位马兰黄土地层及原状马兰黄土试样的渗气率进行了测量。通过新研制的原位渗气率试验装置和已有成熟经验的室内原状黄土试样渗气率试验装置的渗气率测定结果进行对比,对原位渗气率试验结果的可靠性进行了验证;结合两种渗气率试验方法所得的结果综合分析了颗粒粒径、孔隙比、含水率等因素对马兰黄土渗气率的影响规律及其机理;通过原位渗气率试验分析了湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴对黄土地层渗气率的影响规律及其机理。结果表明:原状黄土试样室内渗气试验与黄土地层原位渗气试验获得的结果基本一致,黄土地层原位渗气率试验结果是可靠的。原位试验因能够最大程度上避免试样取样、运输及室内制样等过程的扰动影响而结果更为精确,且能较好地反映黄土地层的真实情况,室内渗气率试验只适合均匀、无明显节理裂缝(隙)的黄土试样。两种渗气率试验结果均表明:马兰黄土粗颗粒愈多级配愈差渗气率愈大,反之渗气率则愈小;同一地点随深度增加、孔隙比减小、含水率增大,渗气率呈现减小的趋势。潜蚀黄土场地湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴附近黄土地层因受裂缝(隙)和洞穴扰动,渗气率明显偏大,而远离湿陷裂缝(隙)和潜蚀洞穴的黄土地层渗气率基本接近于非洞穴裂缝(隙)分布区黄土渗气率平均值。原位渗气率测量结果精确,测量过程快速便捷,该方法在评价黄土地层渗透性乃至评价黄土地层结构缺陷(如隐伏节理裂隙、潜蚀洞穴的发育程度)等方面具有广阔的应用前景。
摘要:
为探究了解桂林重塑红黏土抗剪强度特性,利用三轴试验研究饱和及未饱和重塑红黏土的干密度、含水率对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:相同最优含水率下的饱和重塑红黏土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者黏聚力曲线在1.41 g ·cm-3附近两者差值最大;饱和重塑红黏土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者在干密度为1.35 g ·cm-3附近差值最大;未饱和重塑红黏土的含水率对抗剪强度参数影响显著。 为探究了解桂林重塑红黏土抗剪强度特性,利用三轴试验研究饱和及未饱和重塑红黏土的干密度、含水率对土体抗剪强度的影响。试验结果表明:相同最优含水率下的饱和重塑红黏土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的黏聚力与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者黏聚力曲线在1.41 g ·cm-3附近两者差值最大;饱和重塑红黏土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凹状,未饱和土的内摩擦角与干密度的二次多项式拟合曲线呈凸状,两者在干密度为1.35 g ·cm-3附近差值最大;未饱和重塑红黏土的含水率对抗剪强度参数影响显著。
摘要:
黄土中含有大量的Na+、Ca2+、CI-、SO42-等,水在进入黄土过程中这些离子会溶于水中被水带走,从而影响黄土的结构和强度,为了研究矿物离子浓度对黄土强度的影响,本文利用TFB-1型非饱和土应力-应变控制式三轴仪对甘肃黑方台重塑土样进行固结不排水(CU)试验。分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下对不同浓度硫酸钠溶液重塑的黄土试样进行CU试验,探讨了硫酸钠浓度对黄土强度的影响。试验结果表明:同一围压下,随硫酸钠浓度的增大,黄土峰值剪切强度和残余剪切强度先减小再增大;在干密度相同条件下,随硫酸钠浓度的增大,黄土的总内摩擦角、有效内摩擦角、总黏聚力先减小再增大,而黄土的有效黏聚力单调增大;硫酸钠浓度的增大会减小黏粒的双电层厚度,使黏粒之间的力增强,从而黏粒的颗粒集合体增多,进而影响黄土的强度。 黄土中含有大量的Na+、Ca2+、CI-、SO42-等,水在进入黄土过程中这些离子会溶于水中被水带走,从而影响黄土的结构和强度,为了研究矿物离子浓度对黄土强度的影响,本文利用TFB-1型非饱和土应力-应变控制式三轴仪对甘肃黑方台重塑土样进行固结不排水(CU)试验。分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下对不同浓度硫酸钠溶液重塑的黄土试样进行CU试验,探讨了硫酸钠浓度对黄土强度的影响。试验结果表明:同一围压下,随硫酸钠浓度的增大,黄土峰值剪切强度和残余剪切强度先减小再增大;在干密度相同条件下,随硫酸钠浓度的增大,黄土的总内摩擦角、有效内摩擦角、总黏聚力先减小再增大,而黄土的有效黏聚力单调增大;硫酸钠浓度的增大会减小黏粒的双电层厚度,使黏粒之间的力增强,从而黏粒的颗粒集合体增多,进而影响黄土的强度。
摘要:
为了研究饱和砂土的蠕变特性及其影响因素,开展了不同密度、不同级配方法(相似级配法、等量替代法)、不同加载方式的侧限高压单向压缩试验。试验结果表明:饱和砂土的蠕变主要经历3个阶段,分别为瞬时变形阶段、快速变形阶段和稳态蠕变变形阶段;压缩模量随密度的增大而增大;用相似级配法所制试样加权平均粒径比等量替代法所制试样的加权平均粒径小42.4%,压缩模量高8%~18%。不同加载方式对试样的最终变形量也有一定的影响。循环加载后,试样压缩模量减小4.3%~10.1%,最终应变量增加4.6%~6.0%。对试验数据进行统计分析表明,用幂函数可以很好地拟合饱和砂土的应力、应变、时间关系,最终得到适用于本砂土的蠕变模型。研究成果可在砂土地基设计、评估中得到应用。 为了研究饱和砂土的蠕变特性及其影响因素,开展了不同密度、不同级配方法(相似级配法、等量替代法)、不同加载方式的侧限高压单向压缩试验。试验结果表明:饱和砂土的蠕变主要经历3个阶段,分别为瞬时变形阶段、快速变形阶段和稳态蠕变变形阶段;压缩模量随密度的增大而增大;用相似级配法所制试样加权平均粒径比等量替代法所制试样的加权平均粒径小42.4%,压缩模量高8%~18%。不同加载方式对试样的最终变形量也有一定的影响。循环加载后,试样压缩模量减小4.3%~10.1%,最终应变量增加4.6%~6.0%。对试验数据进行统计分析表明,用幂函数可以很好地拟合饱和砂土的应力、应变、时间关系,最终得到适用于本砂土的蠕变模型。研究成果可在砂土地基设计、评估中得到应用。
摘要:
简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的"严格"方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡(边坡)的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型(Ti ≥ 0)和Ⅱ型(Ti < 0);针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使Fi-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡(边坡),该解析法为圆弧形滑动面滑坡(边坡)治理设计提供了一定的理论依据。 简化Bishop法是评价圆弧形滑动面滑坡稳定性的"严格"方法,计算方法简便、精确,已有相关学者研究了其严格性,但却没有与之相适应的滑坡剩余下滑推力解析法,给滑坡(边坡)的综合治理带来了一定困难。本文从简化Bishop法计算原理出发,考虑坡体自重、外力、水平地震力、滑动面处的孔隙水压力等,利用力多边形法则,得到了两类简化Bishop法剩余下滑推力分析模型,即:Ⅰ型(Ti ≥ 0)和Ⅱ型(Ti < 0);针对两类模型推导出了第i-1条块的下滑推力,然后,使Fi-1参与到第i条块的力多边形受力模型中,从上往下逐条块计算下滑推力,进而推导出条块i的剩余下滑推力解析计算公式。该解析法与传递系数法隐式解所计算的剩余下滑推力进行比较,总体上呈现出简化Bishop法剩余下滑推力高于传递系数法隐式解,两者的剩余下滑推力差值随着安全储备的增大而减小,且该解析法适用于安全储备要求较高的滑坡(边坡),该解析法为圆弧形滑动面滑坡(边坡)治理设计提供了一定的理论依据。
摘要:
在劲芯水泥土桩承载路堤的工程应用中,芯桩比外桩短的情况比较普遍。但是,人们对短芯劲芯水泥土桩承载路堤的桩体破坏模式和失稳破坏机理的认识较为欠缺,无法合理评价路堤的稳定性。鉴于此,本文通过室内模型试验,开展短芯劲芯水泥土桩承载路堤失稳破坏模式研究。通过监测芯桩导电通路变化、芯桩桩身应变和桩土竖向应力,并结合PIV技术,综合分析桩体渐进式破坏模式和路堤整体失稳规律。研究结果表明,在路堤顶面下,荷载主要由芯桩承担,并随着超载增加,芯桩外桩荷载分担作用减小,但路堤失稳后芯桩仍具有一定荷载分担作用。在路堤失稳破坏过程中,路堤下桩体表现出受压破坏且芯桩底部局部鼓胀破坏,坡面下桩体表现出压弯和拉弯破坏模式,地基滑动面并不完全穿过桩体破坏位置。 在劲芯水泥土桩承载路堤的工程应用中,芯桩比外桩短的情况比较普遍。但是,人们对短芯劲芯水泥土桩承载路堤的桩体破坏模式和失稳破坏机理的认识较为欠缺,无法合理评价路堤的稳定性。鉴于此,本文通过室内模型试验,开展短芯劲芯水泥土桩承载路堤失稳破坏模式研究。通过监测芯桩导电通路变化、芯桩桩身应变和桩土竖向应力,并结合PIV技术,综合分析桩体渐进式破坏模式和路堤整体失稳规律。研究结果表明,在路堤顶面下,荷载主要由芯桩承担,并随着超载增加,芯桩外桩荷载分担作用减小,但路堤失稳后芯桩仍具有一定荷载分担作用。在路堤失稳破坏过程中,路堤下桩体表现出受压破坏且芯桩底部局部鼓胀破坏,坡面下桩体表现出压弯和拉弯破坏模式,地基滑动面并不完全穿过桩体破坏位置。
摘要:
热环境控制是城市地下空间安全运行的有力保障,科学预测地下围岩的导热性能是地下空间环控系统热负荷评估的基础。软土是地下空间开发中一类常见土体,现有模型主要适合于预测中低含水率范围内土体导热系数的变化,而对于高含水率软土,合适的导热系数预测模型较少。基于细观模拟,本文提出了一种能有效预测软土导热系数的数值模型。该模型除了能够反映含水率、干密度等常规因素影响外,还可考虑矿物组成以及粒径分布等的影响。最后,通过与苏通GIL管廊工程中20个软土样的实测导热系数进行对比以验证数值模型的可靠性。首先借助激光粒度分析仪和X射线衍射分析测试了矿物组成和粒度分布,代入模型进行数字建模并通过细观导热模拟得到导热系数预测值。导热系数模拟预测值与实测值对比结果显示:模拟预测值基本在实测值±20%范围内,验证了本文模型的可靠性,表明了该模型在预测高含水率软土导热系数方面的潜力。此外,该模型还可以直观地展示土内各处局部热流的分布特征,这为深入认识土体导热行为的机理奠定了基础。本文研究可为软土以及土体导热系数的预测评价提供新的思路和方法。 热环境控制是城市地下空间安全运行的有力保障,科学预测地下围岩的导热性能是地下空间环控系统热负荷评估的基础。软土是地下空间开发中一类常见土体,现有模型主要适合于预测中低含水率范围内土体导热系数的变化,而对于高含水率软土,合适的导热系数预测模型较少。基于细观模拟,本文提出了一种能有效预测软土导热系数的数值模型。该模型除了能够反映含水率、干密度等常规因素影响外,还可考虑矿物组成以及粒径分布等的影响。最后,通过与苏通GIL管廊工程中20个软土样的实测导热系数进行对比以验证数值模型的可靠性。首先借助激光粒度分析仪和X射线衍射分析测试了矿物组成和粒度分布,代入模型进行数字建模并通过细观导热模拟得到导热系数预测值。导热系数模拟预测值与实测值对比结果显示:模拟预测值基本在实测值±20%范围内,验证了本文模型的可靠性,表明了该模型在预测高含水率软土导热系数方面的潜力。此外,该模型还可以直观地展示土内各处局部热流的分布特征,这为深入认识土体导热行为的机理奠定了基础。本文研究可为软土以及土体导热系数的预测评价提供新的思路和方法。
摘要:
边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式(即浅层、中层、深层和渐进),研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。 边坡失稳是涉及土体大变形的动态演化过程,该过程往往决定了滑坡失事后果。传统的边坡稳定分析方法如极限平衡方法与有限元方法难以模拟边坡失稳演化过程,尤其是失稳后的土体变形破坏过程。边坡失稳受到多重不确定性因素影响,其中一个重要因素是土体参数的空间分布不均匀性。在考虑土体参数的空间不均匀分布情况下,本文采用一种随机极限平衡-物质点法研究边坡不同破坏模式的动态演化过程,同时利用极限平衡方法简单、高效的优点和物质点方法模拟土体大变形破坏的能力。以一个两层不排水土坡算例为例,识别了4种不同的边坡破坏模式(即浅层、中层、深层和渐进),研究了它们的演化过程与土体参数的空间分布之间的关系。结果表明边坡的破坏模式演化过程与土体参数的空间分布密切相关,强调了岩土工程勘察信息对充分表征土体参数空间变异性的重要作用。
摘要:
黏土颗粒形态不仅反映黏土的矿物组分,更是影响其物理力学性质的重要因素之一。为了研究物质组成对软黏土微宏观性质的影响,采用离散元方法对不同颗粒形态的软黏土试样进行三轴压缩模拟试验。首先,基于扫描电镜图像量化颗粒形态,对天然状态下黏土颗粒的方向角和凹凸度进行统计,引入球度和凹凸度作为颗粒形态的特征参数;然后,基于原生矿物的单粒结构和黏土矿物的片状结构特征,构造球体单粒及圆柱体、正方体、长方体的片状簇体;最后,基于三轴试验离散元模拟方法,分析软黏土颗粒形态对其宏观力学及微观特性的影响。结果表明:片状颗粒试样比球体颗粒试样的初始模量高,抗剪强度大,随加载其排列趋于水平向分布;加载初期,颗粒球度对初始弹性模量影响较明显,初始弹性模量随着球度增大而逐渐减小;加载后期,颗粒凹凸度对抗剪强度指标影响作用逐渐凸显,试样内摩擦角和黏聚力随着凹凸度增大而逐渐减小;微观结构上,颗粒形状对颗粒位移和旋转也有较大影响。 黏土颗粒形态不仅反映黏土的矿物组分,更是影响其物理力学性质的重要因素之一。为了研究物质组成对软黏土微宏观性质的影响,采用离散元方法对不同颗粒形态的软黏土试样进行三轴压缩模拟试验。首先,基于扫描电镜图像量化颗粒形态,对天然状态下黏土颗粒的方向角和凹凸度进行统计,引入球度和凹凸度作为颗粒形态的特征参数;然后,基于原生矿物的单粒结构和黏土矿物的片状结构特征,构造球体单粒及圆柱体、正方体、长方体的片状簇体;最后,基于三轴试验离散元模拟方法,分析软黏土颗粒形态对其宏观力学及微观特性的影响。结果表明:片状颗粒试样比球体颗粒试样的初始模量高,抗剪强度大,随加载其排列趋于水平向分布;加载初期,颗粒球度对初始弹性模量影响较明显,初始弹性模量随着球度增大而逐渐减小;加载后期,颗粒凹凸度对抗剪强度指标影响作用逐渐凸显,试样内摩擦角和黏聚力随着凹凸度增大而逐渐减小;微观结构上,颗粒形状对颗粒位移和旋转也有较大影响。
摘要:
冻土温度场分析对于冻土特性研究及冻土地区工程建设具有重要的作用,而冰水相变所产生的相变潜热大大增加了冻土温度场分析的复杂性。针对该问题,基于线热源模型和冻土传热基本理论,在考虑未冻水和相变潜热的情况下计算了冻土导热系数、体积热容和相变热容,分析其与测量初始温度的关系;在分析结果的基础上,对冻土含冰量的光纤测量技术进行了理论修正。基于主动加热光纤(AHFO)法,开展了一系列室内验证试验:在恒定的加热功率和时间下,采用自主研发的光纤光栅(FBG)刚玉管传感器,对同一初始含水量的冻土试样进行温度监测。结果表明:在本文试验条件下,FBG刚玉管传感器的影响半径小于5 cm,可以忽略边界效应;传感器所测温度增量与时间对数线性关系良好,主动加热对于冻土导热系数影响较小,线源模型适用于冻土导热系数测量;冻土导热系数与试验初始温度呈线性增长关系;在初始温度低于-6 ℃时,相变热容趋于稳定;在-6~0 ℃时,相变热容随温度升高逐渐增大,且变化趋势愈渐强烈;当初始温度高于-5 ℃时,相变热容甚至大于冻土自身的体积热容。相关结论为进一步提高冻土含冰量测试技术的精度提供了参考。 冻土温度场分析对于冻土特性研究及冻土地区工程建设具有重要的作用,而冰水相变所产生的相变潜热大大增加了冻土温度场分析的复杂性。针对该问题,基于线热源模型和冻土传热基本理论,在考虑未冻水和相变潜热的情况下计算了冻土导热系数、体积热容和相变热容,分析其与测量初始温度的关系;在分析结果的基础上,对冻土含冰量的光纤测量技术进行了理论修正。基于主动加热光纤(AHFO)法,开展了一系列室内验证试验:在恒定的加热功率和时间下,采用自主研发的光纤光栅(FBG)刚玉管传感器,对同一初始含水量的冻土试样进行温度监测。结果表明:在本文试验条件下,FBG刚玉管传感器的影响半径小于5 cm,可以忽略边界效应;传感器所测温度增量与时间对数线性关系良好,主动加热对于冻土导热系数影响较小,线源模型适用于冻土导热系数测量;冻土导热系数与试验初始温度呈线性增长关系;在初始温度低于-6 ℃时,相变热容趋于稳定;在-6~0 ℃时,相变热容随温度升高逐渐增大,且变化趋势愈渐强烈;当初始温度高于-5 ℃时,相变热容甚至大于冻土自身的体积热容。相关结论为进一步提高冻土含冰量测试技术的精度提供了参考。
摘要:
探究断层泥力学行为是研究断裂带工程地质效应的基础,以延安神道沟断裂带断层泥为对象,借助颗粒分析、X射线衍射等微观测试手段研究了3种颜色断层泥的组构特征,并通过环剪试验分析了不同含水率条件下重塑断层泥的力学行为。研究结果表明:单峰型粒径曲线的断层泥级配明显优于双峰型,石英、云母和长石为主要的非黏土矿物,黏土矿物则以伊利石和高岭石为主,赤铁矿与绿泥石的相对含量是造成断层泥颜色差异的主要原因;受含水率和粗颗粒含量的影响,断层泥应变软化特征显著,应变软化随着含水率增大呈现先增强后减弱的变化规律,当含水率小于塑限含水率时,应变软化特征则随着粗颗粒含量升高而趋弱;内摩擦角是影响应变软化特征的主要力学指标,峰值内摩擦角和残余内摩擦角均与含水率呈负相关;矿物含量影响内摩擦角的变化,在5%和10%含水率条件下,内摩擦角随非黏土矿物含量的升高而增大。 探究断层泥力学行为是研究断裂带工程地质效应的基础,以延安神道沟断裂带断层泥为对象,借助颗粒分析、X射线衍射等微观测试手段研究了3种颜色断层泥的组构特征,并通过环剪试验分析了不同含水率条件下重塑断层泥的力学行为。研究结果表明:单峰型粒径曲线的断层泥级配明显优于双峰型,石英、云母和长石为主要的非黏土矿物,黏土矿物则以伊利石和高岭石为主,赤铁矿与绿泥石的相对含量是造成断层泥颜色差异的主要原因;受含水率和粗颗粒含量的影响,断层泥应变软化特征显著,应变软化随着含水率增大呈现先增强后减弱的变化规律,当含水率小于塑限含水率时,应变软化特征则随着粗颗粒含量升高而趋弱;内摩擦角是影响应变软化特征的主要力学指标,峰值内摩擦角和残余内摩擦角均与含水率呈负相关;矿物含量影响内摩擦角的变化,在5%和10%含水率条件下,内摩擦角随非黏土矿物含量的升高而增大。
摘要:
为分析砂和黏土混合物的强度特性,将石英砂和高岭土按不同质量比配制试验土样,开展了一系列固结排水条件下的环剪试验。通过设置轴压为75 kPa、150 kPa、300 kPa和600 kPa状态下开展试验,得到土样剪切角与剪切应力的关系曲线。根据试验曲线的峰值剪应力,通过莫尔-库仑准则得到土样的黏聚力和摩擦角。结果表明,砂和黏土混合物的黏聚力在5~18 kPa范围内波动,当高岭土含量为50%时黏聚力值达到最小值。当高岭土含量小于50%时,摩擦角随高岭土含量增加略有减小;当高岭土含量超过50%时,摩擦角随高岭土含量增加而减小的趋势更明显。 为分析砂和黏土混合物的强度特性,将石英砂和高岭土按不同质量比配制试验土样,开展了一系列固结排水条件下的环剪试验。通过设置轴压为75 kPa、150 kPa、300 kPa和600 kPa状态下开展试验,得到土样剪切角与剪切应力的关系曲线。根据试验曲线的峰值剪应力,通过莫尔-库仑准则得到土样的黏聚力和摩擦角。结果表明,砂和黏土混合物的黏聚力在5~18 kPa范围内波动,当高岭土含量为50%时黏聚力值达到最小值。当高岭土含量小于50%时,摩擦角随高岭土含量增加略有减小;当高岭土含量超过50%时,摩擦角随高岭土含量增加而减小的趋势更明显。
工程地质环境与灾害
摘要:
为评价地铁环境振动对某中心城区拟建住宅办公楼的影响,本文使用高灵敏度测试仪TROMINO对该建筑场地进行了24 h环境振动测试,得到了场地3个方向加速度和速度的实测数据。采用1/3倍频程分析法对实测数据进行处理,分析了不同时段场地振动变化规律,并将分析结果与国际标准ISO 2631关于此类建筑场地的振动限值进行对比。结果表明:有地铁运行时的环境振动峰值远大于无地铁运行时;无地铁运行时,地面振动加速度幅值介于10-5~10-1 gal之间,且无明显振动主频;有地铁运行时,振动幅值介于10-4~100 gal之间,并在晚高峰时段达到最大值0.8 gal;地铁运行引起的地面振动主频介于40~50 Hz之间。低频段内(2~8 Hz)场地振动加速度最大值约为0.030 gal,中高频段内(8~250 Hz)场地振动速度最大值为26.715 μm ·s-1,均满足标准要求。 为评价地铁环境振动对某中心城区拟建住宅办公楼的影响,本文使用高灵敏度测试仪TROMINO对该建筑场地进行了24 h环境振动测试,得到了场地3个方向加速度和速度的实测数据。采用1/3倍频程分析法对实测数据进行处理,分析了不同时段场地振动变化规律,并将分析结果与国际标准ISO 2631关于此类建筑场地的振动限值进行对比。结果表明:有地铁运行时的环境振动峰值远大于无地铁运行时;无地铁运行时,地面振动加速度幅值介于10-5~10-1 gal之间,且无明显振动主频;有地铁运行时,振动幅值介于10-4~100 gal之间,并在晚高峰时段达到最大值0.8 gal;地铁运行引起的地面振动主频介于40~50 Hz之间。低频段内(2~8 Hz)场地振动加速度最大值约为0.030 gal,中高频段内(8~250 Hz)场地振动速度最大值为26.715 μm ·s-1,均满足标准要求。
摘要:
地震滑坡发生真实概率研究基本空白。本研究创新性的利用贝叶斯概率方法与机器模型开展了中国地震滑坡危险性真实概率研究,制作了第一代中国地震滑坡危险性概率图。基于9个地震案例开展研究,包括1999年台湾集集、2005年克什米尔、2008年汶川、2010年玉树、2013年芦山、2013岷县、2014鲁甸、2015尼泊尔、2017九寨沟地震,这9次地震中7次发生在中国,2005年克什米尔与2015尼泊尔地震均发生在中国邻区,可以更好的控制模型预测精度。这些地震事件均有详细完整的,利用面要素标识的地震滑坡数据,包括306 435处真实的地震滑坡记录。考虑到真实的地震滑坡发生区域,滑坡面积规模的差别,滑坡与不滑样本的比例等因素,共选取了5 117 000个模型训练样本。选择绝对高程、相对高差、坡度、坡向、斜坡曲率、坡位、地形湿度指数、土地覆盖类型、植被覆盖度、与断层距离、地层、年均降水量、地震动峰值加速度共13个地震滑坡影响因子。采用贝叶斯概率方法与机器学习模型相结合,建立地震滑坡发生的多因素影响模型,得到各个连续因子的权重与分类因子的各个分类的权重。再将模型应用到整个中国研究区,地震动峰值加速度因子为触发因子。分别考虑研究区在经历不同地震动峰值加速度(0.1~1 g,每0.1 g一个结果,共10个结果)下的地震滑坡发生真实概率。此外,还结合中国地震动峰值加速度分布图,得到了中国地震动峰值加速度背景下的地震滑坡发生真实概率分布。 地震滑坡发生真实概率研究基本空白。本研究创新性的利用贝叶斯概率方法与机器模型开展了中国地震滑坡危险性真实概率研究,制作了第一代中国地震滑坡危险性概率图。基于9个地震案例开展研究,包括1999年台湾集集、2005年克什米尔、2008年汶川、2010年玉树、2013年芦山、2013岷县、2014鲁甸、2015尼泊尔、2017九寨沟地震,这9次地震中7次发生在中国,2005年克什米尔与2015尼泊尔地震均发生在中国邻区,可以更好的控制模型预测精度。这些地震事件均有详细完整的,利用面要素标识的地震滑坡数据,包括306 435处真实的地震滑坡记录。考虑到真实的地震滑坡发生区域,滑坡面积规模的差别,滑坡与不滑样本的比例等因素,共选取了5 117 000个模型训练样本。选择绝对高程、相对高差、坡度、坡向、斜坡曲率、坡位、地形湿度指数、土地覆盖类型、植被覆盖度、与断层距离、地层、年均降水量、地震动峰值加速度共13个地震滑坡影响因子。采用贝叶斯概率方法与机器学习模型相结合,建立地震滑坡发生的多因素影响模型,得到各个连续因子的权重与分类因子的各个分类的权重。再将模型应用到整个中国研究区,地震动峰值加速度因子为触发因子。分别考虑研究区在经历不同地震动峰值加速度(0.1~1 g,每0.1 g一个结果,共10个结果)下的地震滑坡发生真实概率。此外,还结合中国地震动峰值加速度分布图,得到了中国地震动峰值加速度背景下的地震滑坡发生真实概率分布。
摘要:
水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害。西南地区是水动力型滑坡尤其是库区滑坡的高发区,其失稳破坏直接威胁到人类的生命财产和基础设施的安全,且有可能造成深远的次生灾害,提升水动力型滑坡灾害的监测预警、综合防控与应急处置水平极为迫切。水动力型滑坡易发于松散堆积层、破碎岩体、软岩以及含有软弱夹层的斜坡等地层,地质环境、水文活动以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下,逐渐产生变形破坏,稳定性不断降低并趋于极限失稳状态,最终在短期水文条件的改变下而导致整体失稳破坏。斜坡失稳后的滑坡动力过程非常复杂,尤其是特大型高位滑坡,在运动过程中可能会产生强烈的冲击破碎和沿程侵蚀铲刮现象,导致滑坡运动性态的改变和堆积方量的增大,水的存在会加剧滑坡沿程侵蚀铲刮作用以及导致运动性态向流态化转变而造成更远的运动距离和更广的致灾范围。水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题,不同地质结构和水动力条件的滑坡变形破坏过程存在很大差异,远距离非接触式滑坡早期识别与监测技术以及基于人工智能和大数据且具备自主学习的滑坡预报预警方法是未来重要发展方向。水动力型滑坡防治涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素,需要综合运用工程措施和非工程措施。在未来水利水电工程建设过程中,应重视库区滑坡的危害性,复建设施的修建应尽可能远离库区滑坡影响区。 水动力型滑坡是指在冰川融雪、降雨、水位变动、地表径流及地下水活动等水动力因素驱动下而发生的斜坡岩土体失稳灾害。西南地区是水动力型滑坡尤其是库区滑坡的高发区,其失稳破坏直接威胁到人类的生命财产和基础设施的安全,且有可能造成深远的次生灾害,提升水动力型滑坡灾害的监测预警、综合防控与应急处置水平极为迫切。水动力型滑坡易发于松散堆积层、破碎岩体、软岩以及含有软弱夹层的斜坡等地层,地质环境、水文活动以及人类活动干扰等因素的长期作用在水动力型滑坡的孕育过程中起着关键作用。斜坡在各种不利因素的持续交替作用下,逐渐产生变形破坏,稳定性不断降低并趋于极限失稳状态,最终在短期水文条件的改变下而导致整体失稳破坏。斜坡失稳后的滑坡动力过程非常复杂,尤其是特大型高位滑坡,在运动过程中可能会产生强烈的冲击破碎和沿程侵蚀铲刮现象,导致滑坡运动性态的改变和堆积方量的增大,水的存在会加剧滑坡沿程侵蚀铲刮作用以及导致运动性态向流态化转变而造成更远的运动距离和更广的致灾范围。水动力型滑坡是一个复杂的系统性问题,不同地质结构和水动力条件的滑坡变形破坏过程存在很大差异,远距离非接触式滑坡早期识别与监测技术以及基于人工智能和大数据且具备自主学习的滑坡预报预警方法是未来重要发展方向。水动力型滑坡防治涉及到工程建设、经济民生、社会等多方面因素,需要综合运用工程措施和非工程措施。在未来水利水电工程建设过程中,应重视库区滑坡的危害性,复建设施的修建应尽可能远离库区滑坡影响区。
摘要:
雅鲁藏布江缝合带加查-朗县段位于青藏高原东南部地区,地形起伏度大,地质灾害分布密集。本文主要基于机载雷达获取的10 m精度影像数据,卫星遥感数据,以及高精度无人机航拍数据,对崩塌、滑坡地质灾害进行识别,并研究其主控因素。共计识别41处崩塌与92处滑坡,利用统计方法,分析崩塌、滑坡与各主控因素的相关性。对于识别的崩塌滑坡进行厚度识别,从而建立了灾害面积与体积之间的函数关系,实现了在已知崩塌滑坡灾害面积的情况下,对灾害规模的估算。本文阐明了区内地质灾害的空间分布情况,并研究了区域内崩塌滑坡地质灾害的主控因素。结果表明:滑坡主要发育在雅鲁藏布江南岸以及北岸坡体的中下部,而崩塌主要发生在北岸坡体的中上部。地层岩性、地形地貌、地质构造和岩体结构是崩塌、滑坡的主控因素,崩塌主要集中在砾岩和花岗岩地区,而千枚岩地区多发育有滑坡灾害。研究区内的崩塌由坡度、坡向和高程共同控制,其中坡度为主控因素;滑坡主要受到断层的控制,坡度对滑坡的发育具有一定的影响作用,高程和坡向对滑坡的影响较小。滑坡主要以牵引型为主,且大多数滑坡滑动的方向大致垂直于断裂的走向;崩塌主要以滑移式为主,通过对岩体结构面的提取可以分析其结构面发育情况,从而分析结构面对崩塌的控制作用。 雅鲁藏布江缝合带加查-朗县段位于青藏高原东南部地区,地形起伏度大,地质灾害分布密集。本文主要基于机载雷达获取的10 m精度影像数据,卫星遥感数据,以及高精度无人机航拍数据,对崩塌、滑坡地质灾害进行识别,并研究其主控因素。共计识别41处崩塌与92处滑坡,利用统计方法,分析崩塌、滑坡与各主控因素的相关性。对于识别的崩塌滑坡进行厚度识别,从而建立了灾害面积与体积之间的函数关系,实现了在已知崩塌滑坡灾害面积的情况下,对灾害规模的估算。本文阐明了区内地质灾害的空间分布情况,并研究了区域内崩塌滑坡地质灾害的主控因素。结果表明:滑坡主要发育在雅鲁藏布江南岸以及北岸坡体的中下部,而崩塌主要发生在北岸坡体的中上部。地层岩性、地形地貌、地质构造和岩体结构是崩塌、滑坡的主控因素,崩塌主要集中在砾岩和花岗岩地区,而千枚岩地区多发育有滑坡灾害。研究区内的崩塌由坡度、坡向和高程共同控制,其中坡度为主控因素;滑坡主要受到断层的控制,坡度对滑坡的发育具有一定的影响作用,高程和坡向对滑坡的影响较小。滑坡主要以牵引型为主,且大多数滑坡滑动的方向大致垂直于断裂的走向;崩塌主要以滑移式为主,通过对岩体结构面的提取可以分析其结构面发育情况,从而分析结构面对崩塌的控制作用。
摘要:
本文以四川茂县叠溪镇到石大关乡为研究区,根据野外资料并结合研究区的基本情况,选取了坡度、剖面曲率、起伏度、坡向、距河流距离、高程、地层、距断层距离、土地类型、植被覆盖度10个影响因子。以GIS技术作为操作平台,采用确定性系数+层次分析法(CF-AHP)、确定性系数+逻辑回归方法(CF-LR)和确定性系数+神经网络的多层感知器方法(CF-MLP)3种方法对研究区滑坡灾害敏感性进行评价,将该区域滑坡灾害划分为极低、低、中、高敏感区4类,并通过受试者工作特征曲线(ROC)检验模型的效果。CF-AHP、CF-LR和CF-MLP组合模型ROC曲线的线下面积(AUC)分别为0.850、0.884和0.867,CF-LR组合模型效果最好。CF-LR组合模型中,高、中、低和极低敏感区面积分别占研究区总面积的11.3%、25.1%、22.5%和41.1%。研究结果表明,高敏感区主要集中在主要水系周围与断层集中区域,计算出的敏感性分区结果与研究区实际情况接近,能够在地质灾害风险评价中起到重要参考作用。 本文以四川茂县叠溪镇到石大关乡为研究区,根据野外资料并结合研究区的基本情况,选取了坡度、剖面曲率、起伏度、坡向、距河流距离、高程、地层、距断层距离、土地类型、植被覆盖度10个影响因子。以GIS技术作为操作平台,采用确定性系数+层次分析法(CF-AHP)、确定性系数+逻辑回归方法(CF-LR)和确定性系数+神经网络的多层感知器方法(CF-MLP)3种方法对研究区滑坡灾害敏感性进行评价,将该区域滑坡灾害划分为极低、低、中、高敏感区4类,并通过受试者工作特征曲线(ROC)检验模型的效果。CF-AHP、CF-LR和CF-MLP组合模型ROC曲线的线下面积(AUC)分别为0.850、0.884和0.867,CF-LR组合模型效果最好。CF-LR组合模型中,高、中、低和极低敏感区面积分别占研究区总面积的11.3%、25.1%、22.5%和41.1%。研究结果表明,高敏感区主要集中在主要水系周围与断层集中区域,计算出的敏感性分区结果与研究区实际情况接近,能够在地质灾害风险评价中起到重要参考作用。
摘要:
我国滑坡灾害发生频繁,但滑坡的变形预测预报一直是难题,因此每年都因滑坡的变形破坏导致重大的人员伤亡和财产损失。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,基于十多年的监测数据分析,研究分析了该滑坡的变形特征:八字门滑坡变形的主要影响因素为降雨和库水位下降,并且累积位移曲线具有"阶跃型"的变形特征。当外界因素去除或者减小的情况下,累积位移-时间曲线将变得平稳。根据此特性,选取每年变形曲线"阶跃段"(6~8月份)的监测数据,以累积位移为目标函数,基于一元线性回归模型,对八字门滑坡2004年到2017年同期的滑坡监测数据进行分析。结果表明:一元线性回归模型能够很好地模拟八字门滑坡"阶跃段"的变形过程,此变形阶段累积位移与时间呈线性关系,直线斜率基本相同。根据此线性关系,对滑坡的累积位移进行了预测,结果表明与实际监测数据相比较,预测误差在±5 mm以内,相对误差在1%以下,精度可以满足滑坡监测预警要求,可以为八字门滑坡的防治工作提供参考。 我国滑坡灾害发生频繁,但滑坡的变形预测预报一直是难题,因此每年都因滑坡的变形破坏导致重大的人员伤亡和财产损失。以三峡库区八字门滑坡为研究对象,基于十多年的监测数据分析,研究分析了该滑坡的变形特征:八字门滑坡变形的主要影响因素为降雨和库水位下降,并且累积位移曲线具有"阶跃型"的变形特征。当外界因素去除或者减小的情况下,累积位移-时间曲线将变得平稳。根据此特性,选取每年变形曲线"阶跃段"(6~8月份)的监测数据,以累积位移为目标函数,基于一元线性回归模型,对八字门滑坡2004年到2017年同期的滑坡监测数据进行分析。结果表明:一元线性回归模型能够很好地模拟八字门滑坡"阶跃段"的变形过程,此变形阶段累积位移与时间呈线性关系,直线斜率基本相同。根据此线性关系,对滑坡的累积位移进行了预测,结果表明与实际监测数据相比较,预测误差在±5 mm以内,相对误差在1%以下,精度可以满足滑坡监测预警要求,可以为八字门滑坡的防治工作提供参考。
摘要:
由于岩溶地区特有的地上地下二元水文结构,其岩溶水系统循环演化具有特殊性,因而水不仅会携带土壤发生地表流失,而且会发生地下漏失,造成该地区土壤流失量大,岩溶石漠化现象突出,治理难度大。本文以贵州贞丰-关岭花江高原峡谷石漠化治理示范区为研究区域,通过野外调查、水样分析及数值模拟方法,对该区岩溶水系统的补、径、排特征,水化学特征和水均衡量等进行分析模拟计算出地下水位、地下暗河流量变化情况,得到该区岩溶水均衡量,其结果基本反映了实际地下水系统排泄量变化及地下水流向特征,初步阐明该区域岩溶水系统循环演化特征,为岩溶石漠化地区的土壤地表流失和地下漏失的趋势研究及防治提供理论依据。 由于岩溶地区特有的地上地下二元水文结构,其岩溶水系统循环演化具有特殊性,因而水不仅会携带土壤发生地表流失,而且会发生地下漏失,造成该地区土壤流失量大,岩溶石漠化现象突出,治理难度大。本文以贵州贞丰-关岭花江高原峡谷石漠化治理示范区为研究区域,通过野外调查、水样分析及数值模拟方法,对该区岩溶水系统的补、径、排特征,水化学特征和水均衡量等进行分析模拟计算出地下水位、地下暗河流量变化情况,得到该区岩溶水均衡量,其结果基本反映了实际地下水系统排泄量变化及地下水流向特征,初步阐明该区域岩溶水系统循环演化特征,为岩溶石漠化地区的土壤地表流失和地下漏失的趋势研究及防治提供理论依据。
摘要:
当前的岩土分类方案存在碎片化问题,各种岩土类型之间存在大量的模糊过渡地带。岩土通用分类方案宜基于岩土的基本物质组成,即固体、液体和气体,一般情况下,可采用特殊组分+颗粒大小+孔隙率+饱和度的组合方案。本文中的特殊组分包括特殊矿物和有机质,特殊矿物是指以蒙脱石族为代表的片状矿物、易溶盐和碳酸盐类矿物。通用分类的评价指标应适用于各类岩土,仅适合某些岩土的指标可作为次一级的分类指标。本文采用岩土颗粒大小和特殊组分进行岩土颗粒的通用分类,采用孔隙率衡量岩土颗粒之间的绝对紧密程度,采用饱和度衡量岩土的含水状态。单个岩土地层定义为具有相同的地质时代成因及相同的特殊组分、岩土颗粒大小、致密度和饱和度的地层,标准岩土地层序列定义为一个地区内某个地质时代、某种成因类型的完整岩土地层序列。建立一个地区、国家乃至全球范围内各时代成因的标准岩土地层序列是岩土地层大数据库的重要基础。 当前的岩土分类方案存在碎片化问题,各种岩土类型之间存在大量的模糊过渡地带。岩土通用分类方案宜基于岩土的基本物质组成,即固体、液体和气体,一般情况下,可采用特殊组分+颗粒大小+孔隙率+饱和度的组合方案。本文中的特殊组分包括特殊矿物和有机质,特殊矿物是指以蒙脱石族为代表的片状矿物、易溶盐和碳酸盐类矿物。通用分类的评价指标应适用于各类岩土,仅适合某些岩土的指标可作为次一级的分类指标。本文采用岩土颗粒大小和特殊组分进行岩土颗粒的通用分类,采用孔隙率衡量岩土颗粒之间的绝对紧密程度,采用饱和度衡量岩土的含水状态。单个岩土地层定义为具有相同的地质时代成因及相同的特殊组分、岩土颗粒大小、致密度和饱和度的地层,标准岩土地层序列定义为一个地区内某个地质时代、某种成因类型的完整岩土地层序列。建立一个地区、国家乃至全球范围内各时代成因的标准岩土地层序列是岩土地层大数据库的重要基础。