三维地理信息技术在地质调查中的应用

三维地理信息技术是目前GIS科学发展的新趋势之一.它以三维虚拟可视化技术给用户展现地理空间现象,不仅能表达空间对象间的平面关系,而且能描述和表达他们之间的立体关系.3D GIS平台仿真展示地形(地貌)、地质体的三维场景,地质三维可视化应用,能便于地学工作者深入分析地质体的空间展布规律,尤其是通过视点的变化,拓宽观察地质体空间展布的视野.     

分形求和法及其在地球化学数据分组中的应用

分形建模广泛地应用于具有自相似性不同尺度测量的地质现象空间分布特征。分形分布的特点要求大于等于某一尺度的数目,与物体大小之间存在幂函数关系,这种关系具有尺度不变性。这里提出的分形求和法可以确定地球化学数据分组界限。应用澳大利亚新南威尔士东北地区汇水沉积物地球化学数据,采用分形求和法确定其分组界限,并与传统的概率图模型结果进行比较。铜(Cu)元素数据划分二个部分,一部分是元素含量少于20 ppm的正态分布数据,另一部分是元素含量大于20 ppm的多个对数正态分布数据,能识别第三纪玄武岩区域和铜的主要矿化区。这一结论与使用传统的概率图模型方法得到的结论一致。该方法不仅适用于地球化学铜元素数据,而且还适用于其它元素和地质数据,具有普遍的意义。     

分形分布函数及其在大型矿床中的应用

分形概念应用在地球科学中来刻画地质量和物体的自相似特征.研究表明,分形模型常常提供有力工具来刻画地质量和物体的基本空间分布结构.许多地质现象具有尺度不变性,分形分布的特点要求大于某一尺度物体的数目,与物体大小之间存在着幂指数关系.本文论证了幂函数分布、帕累托分布、对数正态分布和齐波夫定律在一定的条件下具有分形不变性质,它们是分形模型的数学基础.基于分形模型,用求和方法确定中国山东省金地球化学元素异常值范围.等值线大于或等于金地球化学元素临界值(200×10-9)围成的异常面积包含了已知的大型、超大型金矿床.     

一种适用于各向异性土体的破坏准则

自然界的土体通常具有各向异性的特点,而传统的破坏准则大多只适用于各向同性的土体。结合应力张量和反映材料各向异性状态的组构张量,定义了修正偏应力及其不变量,提出了适用于各向异性土体材料的破坏准则。给出了共轴条件下正交各向异性和横向各向异性材料在一般应力空间的破坏曲线以及不同应力区中主应力系数b与摩擦角的关系曲线,并分析了它们的特性以及与各向同性材料相应曲线的区别。通过与真三轴试验数据的比较,表明该准则能很好地描述各向异性土体材料的强度特点。     

泥石流类型与地貌分形特征的关系研究

泥石流是一种频繁发生且危害性很大的自然灾害。作为中国泥石流灾害重灾区之一的陇南地区,泥石流不仅严重阻碍G212线的正常运营,也严重影响沿线地区的经济发展和人民生活。通过对G212线陇南段232条泥石流沟的调查资料分不同属性、不同发展阶段和不同危害程度进行统计,结合分形理论,分析了泥石流沟道数与地貌要素的定量关系。结果表明:地貌形态要素对泥石流的属性、发展阶段和危害程度等不同类型泥石流的影响程度不同;综合分维值、形成区形态参数和地形坡度等参数都在一定程度上定量反映了不同类型泥石流的特征。     

氯离子守恒法确定土壤生态蓄水量

通过实验测得降水及土壤水的氯离子浓度,依据化学守恒原理,即降水与包气带土壤水中氯离子的质量守恒关系,计算出长春市丘陵、台地、阶地3类不同地貌区土壤一年内所得水量,该水量为土壤生态蓄水量。将土壤生态蓄水量与土壤的田间持水量、作物的生态需水量进行对比分析,评述了三者之间的关系。阐明土壤生态蓄水量不仅能客观反映土壤中的水分含量情况,也能对植被生态需水量的满足情况给予客观评价。     

掺微胶囊相变材料粗粒土的冻胀试验研究北大核心CSCD

微胶囊相变材料(PCM)是一种可以通过转变形态而影响温度变化的材料。为了研究相关材料对路基土冻胀的影响,对普通粗粒土及掺入不同含量(5%、8%、10%)微胶囊相变材料粗粒土进行单向冻胀试验。结果表明:与普通粗粒土相比,掺入微胶囊相变材料能延缓粗粒土的温度变化,且土体具有较高的温度终值;同时,能对土样冻结深度的发展产生影响,降低粗粒土最大冻结深度值;也能减弱粗粒土的水分迁移能力,土体的补水量以及最终含水率均有不同程度的减小;掺入微胶囊相变材料能抑制粗粒土冻胀的发展,冻胀量以及冻胀率均得到一定程度的减小。比较掺入5%、8%和10%含量微胶囊相变材料粗粒土冻胀试验结果发现,更高含量的微胶囊相变材料在影响粗粒土的温度、水分以及冻胀等方面表现出更佳的改善效果。因此,在冻土区高铁路基土中掺入微胶囊相变材料,对改善路基冻胀的发生具有一定的工程意义。     

基于要素组合的区域旅游发展类型划分及比较研究——对中国31省(区、直辖市)国内旅游发展差异分析

目的:区域旅游发展水平存在差异,其表现是衡量指标之间的差异及指标组合关系的不同。试图发现区域内各指标之间的组合特点,分析各种类型特点并指出其转化路径及实现途径,给旅游开发提供实践参考和理论依据。方法:以国内的31省、市、自治区为单元,采用接待国内游客数量与国内旅游收入两项指标对区域内要素进行比较分析并按指标组合关系划分类型。结果:区域旅游发展指标间存在错位现象,并按其组合关系可以分为强同步区、弱同步区、优等错位区和劣等错位区。结论:区域旅游发展要素间关系复杂、出现多元化特征、区域间存在巨大差距等。     

H-V加筋饱和砂土性状的三轴试验研究

进行了H-V（水平-竖向）加筋饱和砂土固结不排水三轴试验。加筋材料采用镀锌铁皮和有机玻璃两种不同材料,在不同竖筋高度、不同围压下共进行了44组试验,研究了加筋饱和砂土的应力-应变关系、孔压-应变关系、强度特性及破坏形态,探讨了不同加筋高度、不同围压及不同筋材对加筋饱和砂土强度的影响,同时比较了立体加筋与土工格室加筋的异同,对饱和紧砂的空化现象及其影响进行了分析。试验结果表明,相对于无筋土及传统的水平加筋土而言,其抗剪强度均有大幅度提高;尤其是镀锌铁皮加筋,不仅提高了饱和砂土的有效黏聚力,也提高了有效内摩擦角,同时改善了砂土的延性。     

矿物、岩石和矿石中某些非平衡非线性现象的动力学研究

非平衡非线性现象已引起全世界自然科学界的广泛关注,并被中国科学院列为90年代交叉综合性的重大科学前沿课题;而地质学中非线性现象的研究程度在世界范围内均处于十分薄弱的状态。具体表现为两个方面:(1)对地质体中发育的不同尺度的有序现象和不规则现象(均属非线性现象),如矿物的不规则生长、矿物内部的不规则混层和矿床分带等形成的动力学机理很少有人从非线性动力学角度研究。实际上,它是成岩成矿动力学体系在远离平衡的非线性区,经各种自反馈机制的耦合形成的典型非线性现象。对此类现象的研究不仅可进一步阐明地质过程中元素的活化、迁移、沉积物和相转变机理,而且还可对不规则现象如分形和混沌作合理的解释。(2)以往研究者在实验和理论研究中多数讨论的是平衡态或近平衡体系的动力学行为,即使遇到非线性问题也是尽可能地把它作线性化处理,可这种线性化处理后往往会损失很多有关体系成因和演化的信息,尤其是在远离平衡的非线性区,有时甚至得出与地质事实相悖的结论。可见,非线性现象的研究具有重要的理论意义和科学价     

利用快速聚类分析分区确定化探背景上限的方法

区域化探原生背景与异常形成于相互独立的地质过程。在岩性复杂区,不同地质单元内背景与异常的成因可能完全不同,划定统一的背景上限显然是不科学的,合理的解决方案是分区确定化探背景上限。这里提出一种采用主要造岩元素为指标,采用快速聚类分析方法划分地质单元并分别计算背景上限的简便方法。以1:200 000郴县幅化探数据为例进行试验,结果表明,该方法能有效地去除不同地质体类型背景对异常的影响,不仅能突出矿区异常,也能削弱高背景区非矿致异常,缩小靶区面积,识别微弱异常。     

基于阻力规律视角的水流能态区辨识

高、低水流能态区形成条件不同,其识别对于预测动床阻力具有重要意义。基于量纲一阻力方程推导了一个新的高、低水流能态区判别函数,包含悬浮数和水流作用数2个量纲一参数,提出了能态转变角和能态转移路径的概念,从流动阻力角度重新审视了水流能态区分问题。通过国内外4 176组水槽和野外实测数据对该函数进行率定,确定了高、低能态区的临界方程。研究结果表明：该方法低能态区预测精度约为91%,高能态区约为85%,综合精度约为89%;在细沙河流中,随着水温的降低,更易发生水流低能态向高能态的转变。本文建立的判别函数不仅可高精度识别水流能态区,还可分析水温对能态区过渡的影响。     

水泥石膏胶结相似材料在固-流耦合试验中的适用性

通过不同配比下相似材料试件的水理性质正交试验,分析了以水泥和石膏作为胶结剂,石英砂作为骨料的相似材料吸水率、软化系数和渗透系数随砂胶比(骨料与胶结材料质量比)、水膏比(水泥占胶结材料百分比)、石英砂粒径的变化规律。通过对比分析,证明此种相似材料在一定配比情况下遇水不会发生崩解,而是产生类似岩石的软化现象,适用于原型岩体为孔隙较发育的石灰岩和砂岩,并且不以吸水特性为研究对象的相似材料固-流耦合模型试验研究。通过对样本数据进行多元回归分析,得到了吸水率、软化系数和渗透系数与砂胶比、水膏比和石英砂粒径之间的经验方程。通过神华新街台格庙矿区白垩系志丹群巨厚层砂岩含水层固-流耦合相似材料模型试验,证明水泥石膏胶结相似材料可以应用于固-流耦合试验中,并且经验方程可用于对相似材料的水理性质进行验算。     

专家更需做调查——从经验适用性和调查全面性看评判结果和工程决策

依据笔者等负责和参与的中国不同地区多个重大地质工程咨询和技术服务项目,对前期工程地质勘察工作中出现地质条件误判、漏判等问题,进行了案例剖析。在此基础上对专家经验的适用性进行探讨,对工程地质条件观察全面性和科学推断的合理性关系进行了讨论,提出了深入全面认识地质模型的重要性。希望能籍这些工程勘察过程中暴露出来的对规划、选址决策有重大影响的地质问题,引起对专家经验慎重性应用的重视。     

地裂缝场地施工降水对地表沉降和地层应力的影响研究

地裂缝是西安市典型的城市地质灾害，地下水位的变化是诱发地裂缝活动的重要因素。以西安地铁六号线暗挖段施工降水为研究背景，基于有限元数值模拟计算，分析了地裂缝场地施工降水引起的地表沉降规律和地层应力变化特征。计算结果表明:当地下水位下降时，地表沉降量上盘大于下盘，地裂缝带两侧地表存在差异沉降的现象，最大差异沉降量与地下水位下降深度近似呈直线关系；不同位置处地表的横向沉降呈现出"Z"形的变化特征，差异沉降区随地裂缝位置的变动而变化，且差异沉降量与横向地表位置近似呈二次函数曲线关系；地层竖向应力随着地下水位下降而增大，地裂缝位置处地层应力存在突变现象，上下盘应力影响区与地层深度近似呈三次函数曲线关系；基于分层总和法计算了地下水位下降时地表沉降量的解析解，并与数值模拟结果进行对比，发现两种方法计算结果基本一致，得到了计算地表最大沉降量的经验公式。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道及其他地下工程安全施工提供科学指导。      

高压气体诱发煤岩动力破坏的实验研究

为了研究高压气体对煤岩材料变形破坏的作用,自主设计并制造了含高压气体煤岩实验装置,通过测量气体泄压作用诱发的煤岩动力破坏现象,研究了高压气体对煤岩材料变形破坏的作用。实验表明,当气体泄压速率小时,煤岩仅会出现轻微变形;当气体泄压速率大时,煤岩会产生破裂和破碎现象。同时发现煤岩的破坏程度不仅取决于气体的泄压速率,还取决于孔隙气体的压强。当气体泄压速率和气体压强都达到一定临界值时,煤岩才会发生剧烈破碎。通过气体压强与应变之间的关系,确定了煤岩发生破裂和破碎的临界气体压强。      

冻土导热系数热流计法模拟试验及成果分析

导热系数表征物体内部较热部分向较冷部分传递热量的能力,冻土导热系数是冻土区天然温度场变化研究和土木建筑热工计算中的重要指标.介绍了冻土导热系数热流计法测试的仪器设备和试验方法,对取自大兴安岭多年冻土带的5种典型扰动土料,分别进行冻融两种状态下热流计法模拟试验.通过回归分析,得到估计这5种冻土导热系数的经验公式,同时分析...     

岩石断裂表面的分形模拟

根据岩石断裂表面粗糙度所具有的统计自仿射分形的特征,提出了改进的自仿射分形插值的概念。运用改进的自仿射分形插值方法,根据实测岩石断裂表面粗糙度数据,对岩石断裂表面粗糙形态进行了分形模拟,给出了二元分形插值数学模型。将以不同数量的观测数据模拟出的插值曲面与实际测量的岩石断裂表面相比较,得出了不同数量信息点的模拟精度,它们之间的关系曲线显示为幂函数关系的规律。这就意味着不仅可以得到模拟结果,还可以得到模拟结果的估计精度。运用少量已知数据值,模拟出未知曲面,给出了由局部模拟整体的方法这对于根据少量数据研究、模拟和直观显示复杂物体的几何形态,如地形地貌、断层表面和材料裂隙表面,具有重要的应用意义。     

青藏冻结粉土与混凝土基础接触面本构关系研究

土冻结过程中,冰胶结作用使周围土体颗粒与建（构）筑物基础联成一体,这种胶结力称为土与基础间的冻结强度,通常采用冻土沿物体（例如基础材料）表面的剪切强度来度量。因而,冻土与基础接触面的应力-应变关系及其强度特征是确定冻土区基础工程承载力、抗拔性能和分析构筑物与冻土相互作用的基础和关键。为了更好地服务于工程实际,通过大量的冻结粉土与混凝土基础接触面剪切试验,总结了冻土接触面的基本力学特征和受力变形规律。根据获取的剪应力-位移曲线和冻结粉土接触面强度变化规律,利用标准本构模型建模方法,建立了冻结粉土接触面应力-位移-温度本构方程。该模型可以较好地描述不同温度冻结粉土接触面应力-位移变化规律,并为冻土区构筑物受力和变形数值计算提供基础。     

戒台寺滑坡的数值模拟分析

北京戒台寺滑坡是由采矿引发的特大型岩石滑坡,采用大型通用有限差分软件FLAC3D对滑坡进行数值分析及平面应变情况计算,通过改变材料弹性模量、泊桑比、容重、C、Φ值等指标,尽可能模拟滑体、滑带及滑床等地层岩性特征和地表的变形特征。根据过去、现在、将来可能发生的情况,设计了八种工况。按各种不同工况依次计算滑坡体内部的应力、位移和塑性区的发展变化、结构物内部受力与变形情况。验证了滑坡的变形特征及其发生发展机理,为类似工程提供了参考经验。