西南山区典型滑坡体时移电阻率动态监测试验研究（英文）

滑坡体动态监测研究聚焦于降水入渗、坡体内部水文地质条件和坡体稳定性之间的复杂耦合关系。我们选择西南山区典型滑坡体,于2013年11月和2014年8月开展时移电阻率层析成像监测工作,以滑坡体电性结构的时间一空间特性来表征地表水入渗及地下水迁移的时空分布规律,构建滑坡演化及其触发的动态过程。结合地质钻孔资料,电阻率反演模型准确划定了基岩与上覆第四系沉积物间的分界面;同时圈定了发育为潜在优先流路径的破碎带网络,推断地表水沿此路径入渗并经基岩风化裂隙水径流排泄,基覆面溶蚀软化致使滑动面逐渐贯穿。研究结果表明时移电阻率监测具备获取临滑前兆信息的潜力,能够为滑坡稳定性分析和预测预报提供准确可靠的依据。     

二维砂箱模型中DNAPL运移过程的电阻率成像法研究

本研究通过设有黏性土透镜体的二维砂槽中开展重非水相液体(DNAPL)入渗运移试验,采用电阻率成像法(ERT)探讨DNAPL在非均质多孔介质中的运移分布规律.试验过程中利用电阻率成像系统进行动态监测,采集电压电流数据后得到相应的电阻值并将其转换为视电阻率值,运用Surfer软件处理数据进而获取DNAPL运移过程的相对电阻率变化分布图像.结果表明,相对电阻率值随着污染物浓度的增加而不断增大,不同时刻相对电阻率变化分布图像与DNAPL的运移过程相对应,可以清晰圈定出DNAPL的运移路径及分布范围;DNAPL在入渗过程中受到重力作用与毛细力的控制,以垂向运移为主,在遇到黏土透镜体时出现明显横向运移,绕过透镜体继续向下入渗最后聚积在砂槽底部.本研究为进一步丰富对DNAPL污染物在实际环境条件下运移机理和分布特征的认识,制定可行的DNAPL污染物治理方案等方面具有重要的科学价值.     

基于三维高密度电法的黄土灌溉水入渗方式研究

灌溉诱发型黄土滑坡是我国西北地区主要地质灾害之一.为研究灌溉水在黄土层中的入渗方式,对位于甘肃省的一处黄土层中无裂隙发育的农业用地进行了灌溉试验,通过人工引水灌溉模拟还原农业灌溉水的入渗过程,利用三维高密度电法对灌溉水的入渗过程进行了表征.其后,通过Res3 Dinv三维处理软件对监测数据进行了多次反演计算,利用Voxler软件平台对黄土灌溉水入渗过程的电法反演数据进行三维可视化处理.试验成果表明,灌溉水在浅层均质黄土层中主要以竖向的"活塞式"运移为主,侧向运移能力较弱.当深度达到5.5～6 m时,深部黄土中含水率几乎不再增加,其入渗方式发生明显变化,即可能由液态水运移转化为水汽运移.通过传感器监测数据及竖井验证,本次三维电法效果较好,证明利用三维高密度电阻率法在黄土地区进行灌溉水入渗方式研究是切实可行的.     

PFAS污染砂土的电阻率特性试验

PFAS新型污染物是当前环境水文地球物理学的研究热点,但其电阻率特性尚未清楚．为了探究PFAS溶液电特性及砂样含水溶液饱和度与溶液浓度对PFAS污染砂土电阻率的影响．本研究以PFOA为PFAS污染物的代表,设置不同浓度PFOA溶液并改变砂样盒的含水溶液饱和度,利用高密度电法仪监测砂样盒进行电阻率试验,结果表明：（1）砂样被PFOA溶液饱和的过程中,砂样电阻率随着砂样含水溶液饱和度的增大逐渐减小,砂样完全饱和时砂样电阻率值降到最低．对两者之间的关系均可用Archie公式较好拟合,拟合结果的相关系数R2均接近1.(2）在砂样被PFOA溶液完全饱和的状态下,砂样电阻率值会受PFOA溶液浓度的影响．砂样电阻率随溶质浓度的增大呈现幂函数关系的下降,幂函数拟合的相关系数R2值为0.8977,拟合效果较好．（3）在砂样饱和与非饱和过程试验中,砂样电阻率值会随着介质含水溶液饱和度的改变呈相应的动态变化．对于砂样电阻率与介质含水溶液饱和度的关系曲线可以用Archie公式很好的拟合,相关系数R2为0.9980．本研究获取了砂样被PFOA溶液饱和过程中的电阻率数据,并得到了砂样电阻率与多孔介质含水溶液饱和度...     

坡地土壤降雨入渗性能的径流-入流-产流测量方法与模型

坡地土壤的降雨入渗性能对于水文过程、作物水分利用、灌溉管理、土壤侵蚀等方面的研究和实践非常重要. 提出了测量坡地降雨条件下土壤入渗能力的径流/入渗方法. 依据水量平衡原理, 根据径流在坡面上的推进过程和有积水情况下积水深度随时间的变化过程推导得到了计算土壤入渗率(入渗能力)的数学模型. 采用两种工况: 雨强为20 mm/h、坡度0°和雨强60 mm/h、坡度20°, 径流/入渗坡面长度比均为1:1测量土壤入渗性能. 还用双环入渗仪测量了入渗性能用于比照. 用含水量10%的粘黄土进行室内试验, 获取了相关的数据, 并据此计算得到了两种工况的降雨入渗率曲线. 结果表明, 这种新方法可以很好地表征土壤入渗性能的概念, 并能获得很高的初始入渗能力. 分析了这种测量方法和计算模型的合理性. 采用降雨量、入渗量对比方法, 计算了上述两种工况的测量误差各为1.82%/1.39%和4.49%/3.529%(试验/模型), 说明了该方法的测量精度. 由于初始阶段供水能力的限制和土壤团聚体崩解的影响, 双环入渗仪测量得到的瞬态和稳定入渗能力均远小于用该方法测量得到的结果. 本方法可以克服以往降雨器和双环入渗仪方法的不足, 可以用于测量坡地降雨/径流/土壤侵蚀等因素影响下的整个降雨入渗过程曲线. 为相关研究提供了有力的工具.     

基于时序InSAR的沙湾大沟滑坡型泥石流发育特征研究

滑坡型泥石流由滑坡失稳解体为其提供物源,运动过程中在高重力势能作用下其所造成的冲击和破坏能力较普通泥石流更强,给人们生命财产安全带来极大威胁.传统研究方法多从土体物理力学入手,以局部试验为主,难以从时空角度对其发育机制进行大尺度研究.因此,本文结合坡向数据,利用二维形变分解获取沙湾大沟糯勒滑坡体形变趋势,以探究滑坡型泥石流在复杂形变机制下的发育模式.首先,通过小基线集干涉测量技术(SBAS-InSAR)获取研究区坡表2019—2021年的Sentinel-1A雷达视线(LOS)向形变速率;其次,引入坡向数据,并联合升降轨解算出滑坡体垂直向和沿坡向的形变值,从而获取滑坡体二维形变趋势.结果表明,坡体长期处于滑移状态,最大形变速率高达-347 mm/a.坡体后缘受雨水下渗作用,自重增加,孔隙水压力增大,抗剪强度降低,位移表现为沿坡向和垂直向的共同作用;坡体前缘受两侧泥石流沟切割和后缘坡体挤压作用,表现出强卸荷,位移以沿坡向为主.研究表明了降雨对滑坡形变的影响,坡体随降雨发生季节性运动,揭示了滑坡型泥石流在水动力驱使下的发育过程．本研究从二维形变的角度进行分析,直观反映出了滑坡型泥石流的演化...     

高密度电阻率法成像

介绍在地质大学电法科研组“高密度电阻率法正、反演软件”的基础上,研制高密度电阻率法2.5维电阻率成像系统;讨论不平地形条件下高密度电阻率法2.5维电阻率成像的算法和软件,可用于九种常用电极装置观测结果的电阻率成像。对理论和实测数据的成像结果表明,该成像系统程序运行稳定,成像效果很好。     

润湿性对岩石电阻率影响的模型估算

模型和实验研究证明，岩石润湿性对原油和地层水在孔隙系统中的分布有重大影响，因而能改变岩石电阻率、电阻增大系数和饱和度指数与含水饱和度的关系．在含水饱和度和地层、水电阻率相同的条件下，油湿和水湿岩石的电阻率相差很大，这对电测井定量解释有很大影响     

基于自然电位法的滑坡监测实验研究

降雨是诱发滑坡最主要的因素之一,认识雨水的渗流过程和地下水位的动态演化对滑坡的监测预警具有重要意义.基于动电机制,孔隙介质中的流体流动可产生自然电位,通过自然电位的观测可反演地下水动力过程,为滑坡稳定性分析及监测预警提供有效信息.本文基于室内小型滑坡控制实验平台,通过施加人工降雨模拟边坡雨水入渗过程,同步测量了在坡体内的自然电位、孔隙水压力和坡面变形数据.实验结果显示:(1)自然电位变化与孔隙水压力变化具有显著的相关性,自然电位的时移剖面可反映水在坡体内部的流动模式的演化;(2)表面变形发生在坡体下部饱和之后,即坡面变形滞后于自然电位与孔隙水压力变化.以上观测结果表明,自然电位在滑坡监测中具有潜在的应用价值.     

用地电阻率探测和监测滑坡体实验

实验采用高密度电阻率方法探测滑坡体的电性结构, 用电阻率变化各向异性方法监测滑坡体的主破裂扩展方向和速率. 实验结果为: ① 电性结构探测实验, 验证了部分原勘测的滑坡体的蠕变体边界和地下水层的深度和厚度, 以及上层介质的性质. 证明滑动带富含地下水层; ② 用电阻率变化各向异性监测实验确定的测点主破裂扩展方向, 与滑坡体GPS位移推断的破裂带方向吻合, 且电阻率变化各向异性系数的变化速率与钻孔倾斜仪测量的滑坡体深部位移变化的速率相应.      

连续降雨条件下某震后高边坡稳定性分析

基于饱和-非饱和渗流理论,综合考虑降雨入渗引起土体重量增加、渗透力增大以及抗剪强度降低等因素的影响,建立降雨条件下震后高边坡有限元模型,运用自编计算程序USLOPE-FEM进行稳定性分析。研究结果表明:未降雨之前,坡体塑性应变主要集中分布于松散堆积体下部与基岩分界面,边坡已经接近临界平衡状态;降雨量20mm/h时连续入渗使边坡上部土层含水量增加,负压区消失且出现饱和区;随着降雨时间延长,坡体表层暂态饱和区逐渐向内部推移,土体的重量和渗透力显著增大、抗剪强度明显降低,坡体中剪应力整体增大,塑性应变区向坡顶扩展而逐渐贯通;连续降雨6h后,临空面表层出现局部滑塌,连续降雨36h后整个堆积层将沿基岩滑塌逐步堵江。研究成果可为强降雨条件下边坡安全性评价提供参考,也为该边坡的失稳预警与滑坡防治积累资料。     

高密度电阻率法在西藏日喀则地区隐伏断裂探测中的应用

以跨谢通门—青都断裂的两条高密度电阻率法探测资料为基础, 对高密度电阻率法在青藏高原日喀则地区隐伏断裂探测中的首次应用进行了详细介绍． 所获取的高密度电法剖面显示, 该断层的电阻率异常特征清晰, 其上断点埋深可达20—30 m, 较浅层人工地震探测所揭示的断层上断点埋深(50 m)更浅, 结合地层年代资料推测该断裂的最新活动时期为早—中更新世． 探测结果表明: 高密度电法剖面清晰地显示了断层在浅部松散层的延伸, 适用于日喀则地区的隐伏断层探测; 相较于浅层人工地震探测, 该方法对浅部松散层的探测具有明显优势, 一定条件下能够更好地揭示断层上断点埋深, 可与浅层人工地震探测形成互补． 需要指出的是, 在应用中需重视测区水文地质及地层发育情况对探测的影响．      

融合电阻率成像法及图像法的DNAPL污染过程研究

本文应用图像法和电阻率成像法(ERT)监测二维模型中DNAPL在饱和非均质多孔介质中的运移分布特征,研究DNAPL在实际环境条件下的运移机理与分布特征.图像法是利用数码相机对污染物注入过程进行实时拍摄,以提供一个直观的角度以观察二维模型里多孔介质中DNAPL运移状态,与此同时利用ERT对模型中的电阻率变化进行监测,并导出数据到Surfer软件中绘制成电阻率分布图像.将两种方法的结果图进行对比分析,采用图像法验证ERT的数据结果,结果表明,DNAPL的运移、扩散方向会倾向于介质松散的位置,在黏土裂隙分布区域产生运移速度更快的优势运移通道;在DNAPL的重分布过程中,DNAPL的运移主要受重力作用的影响,污染区域下移,污染区域的DNAPL含量减小,电阻率相对值减小.ERT的监测结果基本可以反映DNAPL在多孔介质中运移和分布,但是局部污染区域监测受到限制,说明ERT分辨率需要进一步提高.本文融合两种方法进行污染物运移监测,实验结果对于理解DNAPL的运移机理与分布特性,以及确定污染范围和污染程度方面具有重要意义.     

代县地电阻率降雨影响及数值模拟

多年观测数据表明,代县地电阻率年变受降雨影响比较显著,通过褶积滤波法获取降雨量对视电阻率的影响值,定量分析降雨与视电阻率的相关性。在此基础上,利用代县地电阻率电测深数据及相关地质资料,建立三维有限元模型,模拟降雨对地电阻率的影响,进一步确定降雨对视电阻率影响的物理机制。结果表明:降雨是造成代县地电阻率年变的主要因素,且与视电阻率呈正相关性;降雨造成表层介质含水饱和度发生变化,使得相应电阻率下降近10倍,从而引起地电阻率年变幅度发生近1/10的改变。     

树干水分分布及运移的高密度电阻率成像法时空监测

在砍伐树干周围四个特定高度环形布置一定数量的金属电极,测定了对应横截面上各点视电阻率,再利用有限元反演计算,获得了树干各截面上电阻率的空间分布图像.由于树干内的水分含量和对应部分的导电特性密切相关,可以从得到的电阻率平面分布图上反映出树木内水分含量的空间分布和动态变化特征.结果表明,树干横截面上电阻率的空间分布呈现一系列的同心圆结构,且从核心部到外边缘的韧皮部电阻率有一个减小的趋势,说明截面内树木水分的含量沿径向向外有逐渐递增的趋势.时间变化过程中,各监测截面上的电阻率的分布和变化基本反映了截面水分的流逝过程,表明高密度电阻率成像法动态监测树干水分分布及变化是可行的.     

轻非水相液体污染过程的高密度电阻率成像法室内监测

为探讨高密度电阻率成像法监测多孔介质中轻非水相液体迁移过程的有效性,本文通过三维砂槽进行了非饱和带中轻非水相液体的污染试验,并利用高密度电阻率成像法进行了同步的动态监测.试验之后,将砂槽层层挖开,通过数码成像,获取了污染区域的实际范围与形状.结果表明,由高密度电阻率成像法圈定的污染区域在范围与形状上都与实际的结果比较接近,并可通过三维电阻率相对值的时间变化明显的看出轻非水相液体的污染过程.这说明利用高密度电阻率成像法对非饱和多孔介质中轻非水相液体的空间分布范围进行圈定并监测其迁移过程是完全可行的.     

电极布置方式对高密度电法探测分辨率的影响

高密度电法据观测到的视电阻率数据及其反演后的电阻率剖面来推断地下地质结构.传统高密度电法受限于测线长度和电极装置,存在着一些弊端,如探测深度较浅,在测线端点处分辨率差,并且分辨率随深度增加而下降,特别当存在浅层低阻屏蔽时,电流难以向深部传播,分辨率降低.针对上述问题,为提高高密度电法探测的分辨率,本文介绍了一种新型高密度电法野外布极方式:多电极埋入技术(Multi-Electrode Resistivity Implant Technique,MERIT).通过室内模型测试和野外实地检验,将其与传统高密度电法排列进行比较,结果表明MERIT布极方式在测线端点处和地下深部分辨率有显著提高.在相同测线长度下,探测深度增加,对低阻体的反映更灵敏,受到低阻屏蔽效应减小,能够反映深部更丰富的地层信息.故MERIT能够有效地克服传统高密度电法探测存在的缺陷,有效提高探测的分辨率.     

五尺坝地区库岸蓄水诱发型滑坡稳定分析

库水位周期性变化将改变原有水—边坡作用条件。结合三峡五尺坝库岸型斜坡地质条件,探讨了五尺坝滑坡成因机制,基于滑坡地质调查及变形破坏特征分析,其失稳模式概化为蠕滑—拉裂破坏,采用数值分析有限元软件Geostudio2007,对降雨入渗和库水位变化进行了数值模拟,提出坡体稳定系数在受到降雨与库水位升降导致的滑体内孔隙水压力的影响下有所减小,正常工况下滑坡整体稳定,极端工况滑坡会失稳。     

鄱阳湖典型洲滩湿地水分补排关系

湿地水分在地下水含水层-土壤-植物-大气界面的运移和转换是维持能量和营养物平衡的重要环节,水分运移是湿地生态水文过程研究的关键.数值模型模拟已成为水分运移研究的重要手段,然而限于复杂的湿地自然条件及有限的监测手段,部分界面水分通量连续动态变化数据的获取及定量化工作较为困难,目前应用数值模拟法于湿地水分运移研究的案例仍不多见.本文以鄱阳湖典型湿地为研究区,构建垂向一维数值模型,阐释了湖泊水位显著季节性变化条件下,湿地水分在不同界面的传输过程,量化了湿地水分的补排关系.结果表明:(1)界面水分通量季节性差异大,降雨入渗地面和根系层水分渗漏均对降雨变化响应敏感,主要集中在4—6月,分别占年总量(1450和1053 mm)的65%和73%.土面蒸发和植物蒸腾年总量为176和926 mm,土面蒸发主要受气候条件影响,植物蒸腾还与植物生长特征有关,均集中在7—8月,分别占年总量的30%和47%.深层土壤向浅层根系层的水分补给集中发生在地下水浅埋时段6—8月,占年总量(609 mm)的76%;(2)湿地植物根系层水分补排受鄱阳湖水位季节性波动影响显著.除丰水期(7—9月)主要补给为深层土壤水外,退、枯、涨水期的主要补给均为降水入渗.涨水期(4—6月)和枯水期(12—3月)的主要排泄为根系层水分渗漏,丰水期以植物蒸腾排泄为主,退水期(10—11月),土面蒸发与植物蒸腾为主要排泄,且比重相当.本文定量了鄱阳湖典型湿地不同界面水分连续交换关系,区分了土面蒸发和植物蒸腾,辨析了各界面水分的主要影响因子,研究结果有助于深入理解水分在湿地生态系统地下水含水层-土壤-植物-大气界面的相互作用机制,认识湖泊洲滩湿地水量平衡,为揭示湖泊水情变化对湿地生态的可能影响提供依据,为湿地生态水文过程研究提供重要方法和理论参考.     

浅谈高密度电法在隐伏断裂探测中的应用

高密度电法基本原理与传统电阻率法相同,因此高密度电法也被称作是直流高密度电阻率法。近年来该方法被广泛的应用在重大工程场地的工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝探测等众多工程勘察领域。本文阐述了应用高密度电法对金州断裂普兰店一九寨段进行详细勘查,检验该方法的准确性、可靠性、适宜性及抗干扰能力。