戈壁表面阻力系数的实验研究

气流对戈壁表面的响应可定量地用阻力系数来表征.通过风洞模拟实验研究了风蚀戈壁表面阻力系数与砾石粒径、覆盖度的关系.结果表明,当砾石覆盖度大于40％～50％时,戈壁表面阻力系数趋于常数.据此,结合野外调查结果认为,我国干旱区的广大戈壁风蚀面大多在空气动力学上是稳定的,至少不是现代风沙活动及沙尘暴的主要物质源地,在戈壁地区风沙活动及沙尘暴防治重点应放在砾石覆盖度较小的“土戈壁”上.用回归方法建立了包含砾石粒径与覆盖度两个变量的阻力系数预测模型,与风洞实验值吻合得比较好（R2=0.94）.通过阻力系数随砾石摩阻雷诺数的变化规律判定,戈壁风蚀面摩阻效应随戈壁砾石粒径与覆盖度的增大而提高.     

甘肃岷县漳县MS6.6地震前后岷县植被覆盖度动态变化

利用Landsat8遥感影像数据,应用像元二分模型估算了岷县植被覆盖度,分析了岷县漳县地震前后岷县植被覆盖度动态变化,并结合高程和坡度数据,研究了地形因素对植被受损和恢复的影响,结果表明:3个时段岷县植被覆盖度以中高和高植被覆盖度为主,反映出研究区植被覆盖状况良好。①空间分布上来看,中高和高植被覆盖度主要分布在岷县西南和东南部的高海拔地区,低植被覆盖区由岷县县城所在地向西北方向两侧沿居民地延展;②2013-2014年平均植被覆盖度下降了0.09,受损面积达到96.53%,主要为高植被覆盖度植被受损,植被受损在高程上主要分布在2 344~3 283 m,坡度5°~35°范围是植被受损的主要区域;③2014-2017年平均植被覆盖度回升至0.43,恢复面积达2 901.93 km^2,以高植被覆盖度植被恢复为主,其次为低植被覆盖度;植被恢复在高程2 031~2 970 m,呈增长趋势,随后开始下降,在坡度0°~25°范围内植被恢复面积呈增加趋势,随后降低。     

青藏高原北部砾石粒径变化对气候和构造演化的响应

青藏高原周边广泛分布的晚新生代砾岩是高原强烈隆升的产物, 但也可能仅仅是气候变化造成. 通过对青藏高原北部代表性砾岩, 酒西盆地老君庙剖面上部酒泉砾石层和戈壁砾石层进行详细的砾石粒径变化研究, 发现约0.8 Ma以来酒泉、戈壁砾石层砾石粒径不仅具有明显的变粗趋势, 而且还发育了9个显著的粗细变化旋回, 并且可与黄土-古土壤和深海氧同位素气候旋回进行良好对比, 粗、细砾石层分别对应于季风气候的暖湿和干冷时期, 具有显著的大约10万年和4.1万年周期. 由于我国西北第四纪晚期的气候是持续变干, 因此, 初步认为酒泉-戈壁砾石层中砾石粒径的持续变粗反映了高原第四纪晚期持续强烈的构造隆升, 而其中的旋回是对第四纪冰期-间冰期气候旋回变化的响应, 后者叠加于前者之上, 从而为高原周边砾岩层主要是高原强烈隆升的产物提供了重要的证据.     

仰坡坡度对隧道洞口段动力响应的影响分析

采用动力有限元数值模拟的方法,设置四种不同仰坡坡度的模型,沿隧道轴向方向输入地震波,探究隧道洞口段及仰坡在不同仰坡坡度影响下的动力响应,并通过对无隧道通过的纯边坡模型与相同条件下有隧道通过的边坡模型的动力响应进行对比分析,研究隧道的存在对坡面动力响应的影响。研究结果表明:(1)由于临空面的存在,隧道洞口段的位移与加速度具有明显的放大效应。不同坡度模型的位移峰值皆位于y=0m断面的拱顶处,在距洞口y=40m后的各控制点位移差值迅速减小。(2)随着仰坡坡度的增加,同一断面处隧道的位移值随之增加,洞口段的截面变形也随之增大。(3)当坡度α≥60°时,坡面位移随着坡面高程的增加而增大;当坡度α60°时,坡面位移随着坡面高程的增加先增大后减小,在0.4~0.6倍坡高处达到最大,即随着坡度的增加,坡面的位移峰值也就越靠近坡顶。(4)隧道的存在对于坡面的稳定性有重要影响,这种影响在洞口附近尤为明显。     

中高山地区滑坡发育地形地貌因子敏感性研究

为分析海拔高度大于1 300m的中高山地区地形地貌因子对滑坡发育的敏感性程度,运用基于因子综合贡献率的敏感性分析方法,研究黔东北中高山地区坡面形态、地形坡度、相对高差三类影响因子对滑坡发育的影响程度.在各类影响因子对滑坡发育频数、面积及体积分量贡献率的基础上,利用顺序赋值法量化各分量贡献率的贡献指数,并以各分量贡献指数的几何平均数构建敏感性系数,定量分析三类地形地貌影响因子对中高山地区滑坡发育的敏感性.研究结果表明,阶梯形和凸形坡面形态的斜坡中后部为地貌演化堆积区,能提供较大重力势能,属滑坡发育的敏感性坡面形态因子;地形坡度在18°～22°之间的较陡坡和相对高差在40～80m之间的矮坡常分布于受地表水强烈冲刷的地带,在一定重力势能和强烈地下水共同作用下,极易诱发浅层小规模滑坡;地形坡度大于27°的极陡坡和相对高差大于120m的高坡由于具备较大重力势能,常诱发深层大规模滑坡.     

考虑边坡进洞高程的黄土隧道洞口段动力响应数值模拟

利用Midas-GTS建立边坡-隧道结构模型,对宝兰客专黄土隧道洞口段在地震作用下的动力响应特征进行数值模拟研究,分析边坡进洞高程对洞口段动力响应的影响,在此基础上讨论隧道洞口段受力变形特征及其分布规律。研究表明:坡面最大位移随着仰坡坡度的增大而增大;仰坡坡度越大、进洞高程越高,隧道洞口段的衬砌变形就越大;坡面和衬砌加速度最大值随着仰坡坡度的增大而减小;当洞口段隧道长度Y≥60 m时,进洞高程越大,衬砌加速度越小。洞口段仰拱最大主应力整体大于拱顶最大主应力,但二者变化趋势基本一致;在洞口段0~20 m范围内,由于坡隧系统相互作用交互影响,衬砌结构受力情况较为复杂。     

斜入射地震作用下坡面形态对碎石土边坡稳定性影响研究

本文研究了在震源近场时,地震波斜入射条件下,不同坡面形态对碎石土边坡稳定性的影响。利用FLAC3D有限差分软件,建立了多种坡面形态的边坡模型。采用对比方法,分析了边坡在地震波作用下的稳定性。结果表明:临空坡面对输入地震波有放大效应;坡面的水平位移与加速度峰值随高度增加而增大,随坡度增加而增大;随着坡面凹度的增大,剪应力增量向坡肩处集中,坡肩愈加不稳定;随着坡面凸度的增大,剪应力增量向坡腰处集中,坡腰愈加不稳定;台阶对坡面的加速度放大效应有削弱作用,台阶数越多越稳定。同时给出了边坡防治的几点建议:减小坡面的坡度;对凹型坡加强坡肩位置处的防治,对凸型坡加强坡腰位置处的防治;对高边坡可设置多级台阶增加稳定性。     

GPS揭示的郯庐断裂带中南段闭锁及滑动亏损

利用华北地区2009—2014年GPS水平运动速度场数据,采用块体负位错模型反演了郯庐断裂带中南段断层深部滑动速率、断层闭锁程度分布、断层滑动亏损速率分布及地震矩积累率,结合地表应变率分布,对郯庐断裂带中南段深、浅部形变、应变特征以及华北地区的地壳形变模式进行了分析.结果表明:郯庐断裂中南段的北端主要为右旋走滑特性,南端则表现为右旋走滑兼拉张性运动,断层滑动速率在0.9mm·a~(-1)至1.2mm·a~(-1),且沿断层走向由北至南逐次增大.断层闭锁程度分布沿走向分布不均一,断层闭锁深度由最北端的27km增加到中段的32km,至最南端变为5km,断层闭锁最深处与1668年郯城MS8.5震中位置相对应.断层滑动亏损速率沿走向由0.9mm·a~(-1)增加到1.2mm·a~(-1),沿倾向由地表至深部逐渐减小为0mm·a~(-1).地震矩积累率在郯庐断裂带中南段郯城附近较大,而地表对应区域为第二应不变分量的低值区.华北地区地壳变形以块体运动为主,块体内部应变及断层闭锁产生的负位错效应次之;郯庐断裂带中南段断层形变沿走向呈条带状分布,形变宽度单侧小于50km,形变量不超过1mm·a~(-1),且上盘形变略大于下盘.     

渤海周围地震构造带的前兆异常分布与震情趋势估计的研究

借鉴已有研究成果,进一步对渤海周围地区地震构造带的分布、区域构造背景及其活动性做了分析,在此基础上,对张北6. 2级地震前至目前,华北北部前兆异常的总体数量及其沿地震构造带分布的变化,以及该区主要地震构造带的地震危险趋势进行了分析研究。     

岩石裂隙决定喀斯特关键带地表木本与草本植物覆盖

地球关键带研究将地表植被组成和功能与岩石层的特性联系起来,为研究喀斯特地区特殊的岩石和土壤条件如何影响地表植被提供了新的思路.文章基于贵州中部喀斯特关键带白云岩和石灰岩分布区岩石、土壤和植被调查结果,发现木本植物覆盖度随宽度1mm以上的裂隙数目增多而线性增加,而草本植物覆盖度则呈相反的趋势(p0.01).白云岩分布区由于岩性致密、裂隙不发育、土层厚度一般在20cm以内,适合浅根系的草本植物分布.石灰岩分布区由于裂隙发育、土壤分布深、树木的深根系分布在裂隙中,植被组成和结构复杂.基于2001～2010年MODIS遥感数据获取的每16天一个时相的归一化植被指数(NDVI)和年净第一性生产力(NPP)结果进一步表明,石灰岩分布区各时相NDVI总体显著高于白云岩分布区,但多年平均NPP则相反.本文结果表明,在喀斯特关键带,岩性决定土壤的结构和分布,进而决定地上植被木本植物和草本植物的覆盖.尽管石灰岩地区土壤量可能比白云岩地区偏低,但发达的裂隙结构更适合深根系的树木生长,植被活动强.当前喀斯特地区石漠化治理需要充分考虑地球关键带岩石-土壤-植被-大气相互作用,提出适合不同岩性的植被恢复措施.     

岩质高陡边坡地震动响应规律的振动台试验研究

设计并完成了1∶10大比例尺的边坡大型振动台模型试验,试验模型尺寸为4.4m×4.4m×1.8m(长×宽×高),斜坡模型表面包含30°、45°、50°、60°四个不同坡度的坡面,模拟岩体材料采用重晶石粉、河砂、石膏、黏土和水按比例配制而成。通过输入不同类型、幅值、频率的地震波来研究模型边坡的动力响应规律,在试验数据分析中采用三维局部坐标系。试验结果表明:边坡临空面方向和竖直方向的加速度高程放大效应随坡面角度的增大而增强,在坡面角度由45°→50°变化时增长趋势呈明显"台阶状"形式,而边坡走向方向的峰值加速度高程放大效应基本不随坡面角度变化;边坡各向的峰值加速度的高程放大效应随着输入地震波幅值的增大而减小,表现出"量级饱和"特性;加速度傅里叶谱的频谱成分随着高程的增大,边坡岩体对于试验模型自振频率f周围的频率成分具有显著的放大作用,而对于其他频率成分则具有滤波作用;加速度反应谱沿高程的形状基本一致,并且卓越周期对应的反应谱幅值沿高程具有一定的放大作用,而在其他周期T处,尤其是长周期部分(低频部分)则存在一定的减小作用,对于临空面方向来讲,具有明显的波峰现象。试验结果有助于揭示边坡在地震作用下的失稳机制,为边坡工程的抗震设计提供有益的参考。     

青藏高原连续多年冻土区的冻结层上水季节动态及其对活动层土壤冻融过程的响应特征

多年冻土地区的地下水系统中的冻结层上水不仅是寒区能水循环中的一个关键组成部分,而且与寒区生态环境变化关系密切,在寒区水文学和寒区陆面过程研究中具有十分重要的作用,但因其动态过程的复杂性和观测研究的诸多困难,尚缺乏对其运动规律、驱动因素与机制的系统认知.在青藏高原连续多年冻土区风火山左冒西孔曲,选择典型高寒草甸坡面,通过2年坡上和坡下不同观测孔地下水动态连续观测,分析了冻结层上水的季节动态变化及其在坡面上的空间分异规律以及活动层的冻融作用对冻结层上水动态变化的影响作用.结果表明,冻结层上水位的季节动态变化具有与活动层土壤温度和水分相似的冻融过程,活动层土壤温度控制了冻结层上水季节动态格局,深层(60 cm以下)土壤水分和不同地带地下水补给来源决定了冻结层上水水位动态变化的位相和幅度.地温与水位动态之间具有显著的Boltzmann函数关系,但在不同活动层深度与不同坡面位置,土壤温度对地下水位动态影响的阈值范围不同,坡面上冻结层上水位动态具有显著的空间变异性.地表覆盖变化和气候变暖将必然引起冻结层上水动态、地下水与河水间水力关系的变化,从而引起流域整体水文过程的改变.     

青藏高原南缘2015年尼泊尔MW7.8地震发震构造

2015年4 月25 日尼泊尔M_W7.8特大地震发生在喜马拉雅山南麓, 震源机制解表明该地震为低角度逆冲型地震.通过收集地震区的活动构造研究资料、卫星影像解释和野外实地考察,认为尼泊尔M_W7.8地震区地表分布三条主要的逆冲断裂,由北向南分别为喜马拉雅主中央断裂(MCT)、喜马拉雅主边界断裂(MBT)和喜马拉雅主前缘断裂(MFT).主边界断裂和主前缘断裂为晚更新世以来的活动断裂,但至今为止也没有发现喜马拉雅主中央断裂晚第四纪活动的依据.野外调查未发现尼泊尔M_W7.8地震在喜马拉雅山南麓的主要断裂上形成地震地表破裂带.喜马拉雅山南麓的构造特征为薄皮构造,表现为浅部陡倾断坡-深部缓倾断坪(7°左右)-深部断坡(11°左右)的构造样式.深部断坡-断坪又称为主喜马拉雅断裂(MHT),其中的深部断坡是尼泊尔地震主震(M_W7.8)和最大余震(M_W7.3)的发震构造.余震大致沿北西向的高喜马拉雅山前缘呈条带状分布,主要分布在低喜马拉雅山区内.剖面上,余震大致分布在主喜马拉雅断裂的上盘推覆体内,推测尼泊尔M_W7.8地震时深部断坡发生错动,其地震位移沿深部断坡-断坪向南传播引起上盘的褶皱带缩短变形,进而触发低喜马拉雅和次喜马拉雅褶皱带内产生次级破裂从而产生余震.     

中国植被碳通量与氮沉降通量百年尺度时空变化及其与气候的关系

利用7个地球系统模式的植被净初级生产力(NPP)对中国地区1901～2005年植被碳通量的时空变化进行了研究,并结合气候因子分析了NPP的变化与气温、降水和辐射的关系;文章还进一步研究了中国地区1901～2005年氮沉降通量NH_x、NO_y的时空变化,并分析了NH_x、NO_y的变化与气温、降水和NPP的关系.结果表明:(1)近百年来中国地区NPP呈现上升趋势,模式集合平均的趋势系数为0.88, NPP的分布趋势总体呈现出北低南高,由西北到东南逐渐增加的特征.温度、降水、光照在该梯度方向上均有利于植物生长,其中模式集合平均NPP与气温、降水、长波辐射和短波辐射相关系数分别为0.88、0.73、0.91和0.67.(2)近百年来中国地区NH_x、NO_y呈现上升趋势,其中趋势系数分别为0.98和0.98,且通过了99.9%的信度检验. NH_x和NO_y总体呈现出北低南高,由西北到东南呈阶梯状逐渐增加的特征.(3) NH_x和NO_y与气温之间的相关系数空间分布大体相似,只是数值略有差异,与气温相关系数空间分布从东到西是正相关-负相关-正相关相间的分布; NH_x和NO_y与降水之间的相关系数空间分布也是大体相似,但降水相关系数空间分布相对比较复杂,在季风区从北到南呈正相关-负相关-正相关-负相关-正相关的相间分布,非季风区从东到西呈负相关-正相关-负相关-正相关的相间分布.(4) NH_x和NO_y与NPP之间的相关系数空间分布总体一致,与NPP相关系数空间分布相对比较复杂,其中模式集合平均的分布在东北地区和西南地区为正相关值区,其他地区是正相关与负相关交替分布.     

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...     

砂砾岩储层岩石粒径定量估算新方法

利用电成像测井图像的直观特征进行岩性识别是目前砂砾岩储层评价的一项主要内容,但是对于电成像的利用研究仅仅停留在定性阶段,缺乏定量的表征,主要成果为基于电成像的图像-岩性识别模式.特别是由于电成像测井资料有限,在缺乏定量数据的前提下,无法将电成像取得的成果推广到常规测井资料,这一难题一直制约着砂砾岩岩性识别的研究.以盐家油田沙四段砂砾岩为例,对其电成像测井图像进行灰度化、盲区充填、图像滤波、图像分割、砾石提取等操作后,电成像图像可转化为连续的岩心砾石信息,进而可以提取纵向的砾石含量、最大粒径、最小粒径、平均粒径等参数.以最大砾石粒径作为砂砾岩储层岩性指示的标志,通过粒径与常规曲线的敏感性分析,建立了砂砾岩岩石粒径与电阻率、自然伽马和密度等常规测井曲线的统计关系,并提出了该地区岩性识别的定量标准.     

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。     

强震作用下黄土隧道洞口段地震动放大效应研究

针对黄土地区山岭隧道面临的强震灾害现实特点,以强震作用下洞口周边土体与隧道结构的地震动放大效应为主要研究目标,通过建立三维数值模型,重点研究不同坡度、坡高与入洞高程模型的坡面高程方向、水平方向以及衬砌结构的加速度与位移响应规律,提出坡面加固区范围和隧道抗震设防长度建议值。研究结果表明:仰坡高度、坡角及进洞高程的变化,均会对隧道洞口段地震响应规律和破坏模式产生重要影响,缓坡易发生坡底处的剪切破坏,而陡坡易发生坡顶的拉裂破坏;随着边坡高度的增大,边坡的滑动破坏范围逐渐增大;隧道的存在对坡面地震动高程放大效应有明显"抑制"作用,在洞口水平向存在动力响应放大区,范围为2.1～2.8倍洞径;通过分析隧道衬砌沿进深方向的动力响应规律,建议黄土隧道洞口段抗震设防长度最小值为3倍洞径。     

南海北部陆缘新生代地壳减薄特征及其动力学意义

为了研究新生代以来南海北部地壳拉张减薄情况以及上下地壳在拉张过程中的贡献, 利用南海北部陆缘现今地壳厚度、新生代基底埋深和地表断层参数等地质和地球物理资料, 计算了地壳在新生代的拉张因子, 并绘制了拉张因子区域分布图; 沿珠江口盆地白云凹陷1530剖面,计算了上地壳和下地壳的拉张因子分布曲线. 结果表明南海北部由陆向洋, 有地壳厚度逐渐减薄和拉张因子逐渐增大的趋势, 且地壳减薄与莫霍面上涌呈镜像关系. 拉张因子值介于1.5~6之间, 其中有2个强烈减薄中心, 分别为莺歌海盆地和珠江口盆地白云凹陷; 通过对白云凹陷1530剖面的研究发现下地壳拉张的贡献大于上地壳. 上地壳和下地壳的拉张因子的计算揭示了位于陆坡区的白云凹陷在变形前应该具有一个热减薄的初始地壳, 推测与白云凹陷变形前的演化历史和新生代的构造位置有关.     

中国328个城市的植被覆盖度长期变化特征及其驱动因子

城市绿地有助于促进城市居民健康,增强城市生态系统生物多样性,减轻环境污染,缓解城市热岛效应.然而城市植被盖度异质性高,量化难度大.本文利用30m分辨率的陆地卫星数据,研究了1990～2022年间我国328个城市植被覆盖度的变化.结果显示, 1990～2005年,由于城市内建筑容积率和不透水表面的增加,全国平均城市植被覆盖度由0.38降至0.35.此后,城市植被覆盖度开始逆转,到2022年增长至0.45,这种增长趋势在新建城区最明显. 2005年以前,平均城市植被覆盖度的降低主要是低植被覆盖区域的扩张造成的;此后,城市植被盖度的增加则表现为高植被覆盖区域的扩张.城市植被覆盖度变化趋势的转折与2004年以后国家陆续出台政策要求增加城市绿地覆盖度有关,城市国内生产总值与城市植被覆盖度变化呈现最高相关性.对于大城市和中等规模城市,影响植被覆盖度的前三个因子分别为国内生产总值、城市人口和气温.但对于干旱/半干旱地区的城市,植被覆盖度变化对气候因素(如降水)的敏感度更高.尽管近年来中国城市的总体植被覆盖度显著增加,但在小城市和大城市老城区的城市绿地仍有改善空间.