黄土路堑边坡变形破坏机理的三轴试验研究

通过原状黄土的减压三轴压缩试验,研究了黄土边坡不同深度不同含水量土体的应力-应变关系,并与原状黄土的常规三轴试验结果进行了比较,发现减压三轴试验能合理地模拟和解释开挖卸荷作用下黄土边坡土体的变形与破坏过程。试验结果表明:坡脚开挖卸荷时,黄土边坡中浅层非饱和黄土易出现应变软化或塑性流动,强度较低,易产生较大变形,而深层饱和黄土仅在高围压下发生应变硬化,强度增加,在中低围压时均发生应变软化现象。分析认为黄土边坡特殊的工程地质条件,使得黄土边坡的特定部位在开挖卸荷作用下常形成了不利于土体稳定的含水量和围压组合,导致坡体特定部位的土体变形破坏,进而诱发边坡的变形破坏;开挖卸荷作用下黄土边坡变形破坏的力学机制应为蠕滑-压致拉裂或牵引式滑坡。     

成仁高速红层分布区开挖边坡变形特征及机制

四川盆地红层分布广泛,其特殊的工程特性常导致严重的地质灾害。通过分析成仁高速文宫连接线边坡的变形破坏特征,得出边坡在开挖和降雨的影响下破坏机制为蠕滑-拉裂。进一步用FLAC3D进行数值分析,显示开挖卸荷和降雨影响导致滑坡灾害,其后缘发生拉裂破坏,并引发滑坡前部发生剪切滑移破坏。针对该类型的边坡,开挖后应对路堑以上部分及时采取加固措施,避免降雨入渗软化土体,加剧滑坡变形破坏。      

黄土路堑边坡开挖变形机理的离心模型试验研究

利用离心模型试验揭示了黄土路堑边坡在开挖过程中的变形破坏特征,结果表明:开挖前,坡体变形以自重应力作用下的竖向变形为主,开挖后,堑坡坡体中后部土体以垂直向下变形为主,前部土体变形以水平变形为主,而且坡体前部的变形远大于中后部的变形;同时结合变形特征,系统分析了黄土路堑边坡开挖过程中主滑段滑带土的强度变化规律,认为黄土路堑边坡开挖变形破坏的力学机制总体上应属于蠕滑-压致拉裂机制。     

甘肃永靖黑方台地区灌溉诱发型滑坡发育特征 及力学机制

水是诱发黄土滑坡最为积极的因素,以灌溉诱发型滑坡尤为典型.基于野外水工环地质综合调查,对黑方台地区灌溉渗透诱发滑坡的发育特征进行总结.通过分析特定孕灾地质条件下滑坡发育特征的差异,认为黄土滑坡形成的力学机制以滑移-压致拉裂-剪断型和蠕滑-拉裂-滑移型为主,而黄土-基岩滑坡以滑移-压致-拉裂型为主.滑移-压致拉裂-剪断型黄土滑坡为原位溯源后退扩展式,系灌溉水入渗后造成黄土饱和带厚度增大,不仅造成台缘周边地下水溢出带部位渗透压力增大,且抗剪强度显著弱化,从而在坡体自重作用下发生蠕滑剪切.锁固段突然破坏使滑坡快速启动,滑体冲击致早期饱水滑床产生液化,产生高位抛射,借助原始地形滑体加速运移形成高速远程运动.蠕滑-拉裂-滑移型黄土滑坡是黄土底部饱和带厚度较薄或灌溉入渗影响较小的地段,以后缘拉裂为主激发形成.渗灌溉水长期入渗造成下伏基岩顺倾泥岩层面软化泥化,从而在顺向坡段产生黄土-基岩顺层滑坡,该类滑坡以低速短程滑坡为主.     

西南红层地区地质灾害发育规律与成灾模式

红层区边坡的变形破坏引发的地质灾害类型多、数量大,造成的人员伤亡和财产损失较大。以彝良县红层地区地质灾害为研究对象,结合实地调查,对彝良县红层边坡变形破坏所引发的49处不稳定斜坡、150处滑坡、53处崩塌进行了统计分析,总结了发育规律及特征。对不同斜坡结构下的红层边坡的成灾模式及破坏过程进行了分析,红层顺向边坡常见破坏模式为滑移-拉裂式;横向边坡常见破坏模式为崩解-冲刷式;反向坡、斜向坡的常见破坏模式为软岩崩解剥落-硬岩卸荷拉裂坠落式。研究可为彝良县等红层发育地区的地质灾害防治和管理提供一定的技术支持和参考。     

拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制及其稳定性研究

拉裂-滑移式黄土崩塌是黄土地区高速公路建设过程中常见的一种崩塌灾害。根据土体极限平衡方程,得到黄土斜坡后缘最大竖直拉张裂隙深度。引进水致弱化函数,分别建立了竖直裂隙面介质及潜在滑移面介质的本构方程。根据崩塌体能量守恒原理及尖点突变理论,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患的尖点突变模型。根据该模型,探讨了拉裂-滑移式黄土崩塌的形成机制。认为黄土斜坡开挖后,后缘形成拉张裂隙,在裂隙充水的作用下,竖直拉张裂隙的剪切模量增大,潜在滑移面的剪切模量减小,当黄土含水饱和度达到一定程度时候,系统发生突变,滑裂面形成,土体重心不断向临空面移动。其重心一旦滑出陡坡,就会产生崩塌。根据极限平衡方程,结合摩尔-库仑定律,建立了拉裂-滑移式黄土崩塌隐患体的稳定性计算公式。研究结果对黄土崩塌治理的设计与施工具有重要参考价值。     

黄土-泥岩接触面滑坡的两种雨型模型试验

黄土边坡变形失稳机理研究对于黄土滑坡灾害防治具有重要意义。黄土-泥岩接触面滑坡作为黄土滑坡类型之一,研究人员已对其失稳基本过程与形成机理有较为清晰的认识。但对于其在不同降雨类型下,特别是强降雨条件下的变形破坏过程则有待进一步探讨。因此,本文对黄土-泥岩接触面边坡开展室内降雨模型试验,研究其在强降雨条件下斜坡变形破坏模式。试验设计连续强降雨和间断强降雨两种降雨条件,对比分析两种降雨条件下边坡雨水入渗规律及变形破坏模式。结果表明:在两种典型降雨模式下,雨水入渗速率由边坡前缘至后缘逐渐降低;在坡体表层,随着降雨由间断至连续过渡,入渗速率逐渐增加;在坡体深部,入渗速率受边坡结构影响;间断降雨下边坡呈现滑移-拉裂失稳;在连续降雨条件坡体则表现为蠕滑-拉裂破坏。     

不同压实度下黄土填方边坡失稳的模型试验研究

黄土填方边坡在降雨入渗下容易发生滑坡。为了探讨降雨入渗下压实度对黄土填方边坡变形破坏机制、失稳模式以及滑动机理的影响,基于室内降雨系统,结合传感器监测和三维激光扫描技术,开展了边坡压实度为80%（低压实度）、90%（中压实度）、95%（高压实度）的降雨模型试验研究,分析了压实度对填方边坡体积含水率、基质吸力以及变形破坏过程的影响规律。结果表明:压实度的不同,边坡首先破坏的位置不一。中、高压实度下的边坡最先破坏发生在坡脚处,表现出滑塌破坏;而低压实度则是在坡顶,为湿陷沉降破坏。边坡压实度越大,其变形破坏过程持续时间越长,所需累积雨量就越大,但滑动距离和滑面深度越小。随压实度的增加,边坡破坏模式由深层整体破坏向浅层多级破坏转变。低压实度边坡为湿陷沉降-深层蠕滑拉裂式,中压实度边坡为深层蠕滑拉裂式破坏,而高压实度边坡则为浅层多级后退式失稳。     

贵州西部崩塌滑坡地质模式及其敏感地层研究

本文将贵州西部约２８８６２ｋｍ２范围内近１８００处崩塌、滑坡总结为受塑流—拉裂、弯曲—拉裂、蠕滑—拉裂、滑移—弯曲和滑移—压致拉裂等五种地质模式或复合模式控制．并指出，区内崩塌、滑坡主要由塑流—拉裂、弯曲—拉裂、蠕滑—拉裂等地质模式演变而成，表现出较强的地层控制性；由于航片解译的局限性，未对滑移—压致拉裂模式举例讨论，但肯定其的确存在。同时阐明，近几十年来发生的滑坡主要为受蠕滑—拉裂地质模式控制的松散层滑坡．     

缓倾软硬岩互层边坡变形破坏机制模型试验研究

以宜巴高速公路沿途彭家湾软硬岩互层边坡为工程依托,依据地质分析及相似理论建立缓倾软硬岩互层边坡室内模型,采用开挖试验及和注水软化试验来模拟实际中的工程开挖（或河谷下切）和雨水浸润软化过程,研究缓倾软硬岩互层边坡的变形破坏机制。结果表明：在开挖及雨水软化两种工况下,该类软硬岩互层边坡的变形模式都是前期的滑移拉裂变形和后期的整体蠕滑变形,破坏模式是以深部软层为滑动面的整体滑移;硬岩层与软岩层的变形情况略有不同,硬岩层以整体蠕滑变形为主,而软岩层以滑移拉裂变形为主;深部软岩层的状态变化对边坡的整体稳定性影响非常关键;工程开挖（河谷下切）及雨水入渗都会对该类缓倾软硬岩互层边坡的稳定性有重要影响,开挖导致的临空面及微裂隙是滑坡发生的基础,水是滑坡发生的条件和诱因。     

西安市地下水与地面沉降地裂缝耦合关系及风险防控技术

西安市地面沉降地裂缝发育,世界罕见,一直是该领域研究的热点地区。近年来又出现新的发展趋势,严重制约城市发展和威胁地铁等重大工程安全运营。笔者依据254个地下水动态监测资料,总结了西安地下水资源开发历史与地下水头动态变化规律,耦合分析了地面沉降地裂缝与地下水位下降之间的关系,提出了基于地下水头管理的地面沉降地裂缝风险防控技术。结果显示:西安市地面沉降地裂缝是多种因素综合作用的结果,其发生和发展过程及其严重程度均与地下水头下降密不可分,并受黏性土层厚度的影响;空间上地下水头降落漏斗中心与地面沉降中心基本吻合,时间上地面沉降发育时间滞后地下水头降落2-3年,沉降速率是地下水头每下降1m的累计最大地面沉降量50mm;地下水头回升会引起短时和少量地面回弹量,并能够缓解或遏制地面沉降。挖掘历史地下水头与地面沉降地裂缝监测数据,建立了基于地下水头的地面沉降地裂缝预警阈值和风险防控技术。     

基于人工智能(AI)的地质灾害防控体系建设

近年来,人工智能(AI)技术得到快速发展,并日益融入到经济社会各个领域,成为当代创新发展的新标志,智能防灾减灾将成为未来发展的趋势和研究的热点。在回顾AI发展现状与趋势的基础上,系统梳理出以往地质灾害风险防控的数据依据和传统技术方法,分析了可能采用的潜在AI方法,初步搭建了基于AI的地质灾害风险防控体系建设方案。研究表明,AI技术为地质灾害风险防控提供了新的技术途径,但目前尚无可照搬或可移植的成熟技术或解决方案。智能防灾减灾体系包括早期识别、风险评估、风险防控等3个主要环节,其中最重要的环节是早期识别,传统方法与AI技术融合的关键参数为斜坡失稳概率或泥石流发生概率;根据所依据的数据资料将早期识别方法归纳为图像识别、形变识别、位移识别、内因识别、诱因识别和综合识别等6种方法;提出了从数据层、方法层和应用层3个层次构建基于大数据智能混合优化的地质灾害风险防控平台。认为数据驱动的智能模型与理论驱动的物理模型融合是地质灾害风险防控发展的趋势。     

陕北神府矿区地下水污染评价

神府矿区身为国家级陕北能源化工基地的核心区域,地处神府煤田腹地。通过对神府矿区地下水污染现状野外调查,采集水样,室内、室外分析化验,对地下水水污染进行评价。地下水污染程度采用层级阶梯评价,在此基础上按无机毒理指标和微量有机指标将地下水的污染划分为四级,并做地下水污染风险分区图。神府矿区地下水污染的影响指标为NO_3—N、NO_2—N、F^-、Mo和Cr⁶⁺,其中NO_3—N影响程度最高,说明地下水主要污染来源于工矿企业生产和生活废物,全区大部分地区污染程度为中等偏高,污染程度高的地区沿地下水水流方向的上游分布着较多重污染型企业,说明导致地下水污染的原因除生活污染外,工矿企业已经对水源保护区内局部地下水造成了不同程度的影响。     

关中盆地城市群地质遗迹特征及可持续开发利用

地质遗迹已成为经济区和城市群规划发展、宜居城市建设、生态文明、乡村振兴、脱贫攻坚以及地质文化村建设中不可或缺的因素。通过关中盆地城市群地质遗迹专项调查,共发现地质遗迹点429处,其中具有价值的地质遗迹146处;整体上类型多样、内涵独特,以地层剖面、古生物化石、地质地貌、水体景观等为主;空间分布范围广泛,空间结构类型呈现凝聚型不均匀分布,新构造活动与地貌、水系、第四纪沉积、温泉、地震和地质灾害的空间分布及其变化具有良好的一致性。根据资源赋存属性、地质遗迹完整性及交通便捷性等原则,将地质遗迹区域划分为3个地质遗迹景观带、10个地质遗迹景观亚带、22个地质遗迹景观区。针对经济区和城市群、宜居城市、生态文明、乡村振兴建设与地质遗迹开发利用及保护中存在的问题,应建设一批国省地质公园、研学基地、旅游度假区、旅游风景道、特色小镇以及地质文化村,形成多层次、多样化的开发利用和保护路径。     

黄土水敏性及其时空分布规律

黄土是一种具有水敏性的特殊土,天然状态下可以长期保持直立高陡的状态,遇水后呈现出崩解、湿陷、滑动、流变等变形行为。开展黄土的水敏性特性及其时空分布规律研究,对指导黄土高原工程建设和防灾减灾具有重要的现实意义。笔者在非饱和土力学的框架下,引入吸应力的概念,对黄土的水敏性及其力学机制进行解释,即水敏性的本质是,随着含水率的增大,土体内部吸应力逐渐减小,对应不同的外界边界条件时,产生崩解、湿陷、滑动、流变等不同的宏观变形行为。在黄土高原从西到东、从北向南不同空间位置的黄土剖面的不同的层位,系统采集黄土样品,基于TRIM试验测试技术,开展样品的土-水特征曲线与吸应力特征曲线测试。试验结果表明,脱湿与吸湿条件下的各曲线呈现相同的变化规律,均存在3个明显的特征段。黄土对水的敏感程度随其沉积年代和在黄土高原分布位置的不同,呈现出规律性的变化。空间上,从西向东、由北向南,水敏性增强;时间上,沉积年代由老到新,水敏性增强。     

负压对抽采钻孔孔周煤体瓦斯渗流特性的影响

抽采负压是影响钻孔孔周煤体瓦斯渗流规律的重要因素之一,为了深入研究负压变化对煤体瓦斯渗流特性的影响,通过设计瓦斯渗流特性相似模拟试验平台对孔内瓦斯流动规律进行测定,并运用数值软件对孔周煤体内瓦斯渗流状态进行分析,结合上述结论对钻孔孔周煤体瓦斯渗流特性进行研究。结果表明:抽采负压提供孔周煤体瓦斯向钻孔内渗流的动力,负压值设定为25~35 kPa时,可保证雷诺数集中分布在10~20之间,其低速紊流状态有利于瓦斯高效抽采;随着抽采时间的增加,负压对瓦斯的引流作用逐渐减弱,瓦斯流量随时间呈现负指数衰减规律,煤体渗流速率饱和值处于7.41×10^-6-1.30×10^-5 m/s之间;煤体内部黏滞阻力对瓦斯渗流存在抑制作用,随着抽采负压的增大,孔口负压上升趋势比孔周煤体内负压上升趋势更快,说明抽采负压变化对钻孔孔口负压的影响更为显著。     

关中盆地城市群发展中几个关键基础地质问题

关中盆地属于断陷盆地,地质构造复杂,活动断裂发育,地震活动频繁,城市建设中面临一系列重大基础地质问题。在搜集分析关中盆地1 000多个各类钻孔数据的基础上,对关中盆地城市群1∶5万综合地质调查中实施的主要钻井和剖面进行研究,探讨了城市群发展中面临盆地形成演化与活动断裂规避、第四系下限与关中盆地三维地质结构重建、水系演化与城市发展、历史时期古洪水事件与海绵城市建设等基础地质问题。研究表明:①关中裂陷形成于中晚白垩纪,始新世开始成湖,经过多次断陷与隆起,形成2个沉积中心,到上新世时湖泊扩展达到最大范围,盆地第四纪以来仍处于持续、缓慢的下降接受沉积过程,受秦岭持续构造隆升的影响,沉积中心由南向北迁移,这将对城市群布局产生重要影响。关中盆地城市群建设要回避断裂交汇处、端点和断层运动的枢纽部位。②建议将绿三门组划为上新统,不宜划分到第四系,三门组的形成时代是穿时的,在关中盆地第四系与地下空间规划的时候需要进行关注和纠正。③城市规划建设要遵循河湖演化的自然规律和区域地质地貌特征,千年、百年一遇的洪水水位分别高于河漫滩7m和2.2m,最大年降水量超过900mm,但季节分布不均,可作为城市防洪水和海绵城市建设的设计依据。     

关中盆地城市群地下文物遗迹精准探测——以茂陵为例

关中盆地是华夏文明重要发祥地,拥有厚重的历史文化底蕴,留下灿烂的地下历史文化遗迹,但因其隐藏于地下,观赏性不强,制约着具有世界影响力的历史文化旅游品牌的打造。以举世闻名的茂陵为探测区,采用无人机航测、地面调查、高密度电法、地质雷达、高精度磁测及微重力等地面无损探测技术,对帝陵进行了精准探测,发现茂陵地宫位于封土堆之下距水平面约30~40m深,呈东西长约100m,南北宽约60m的矩形体;地宫基本完整,未坍塌;探测出南墓道、东墓道和北墓道的位置和深度与考古钻探探测出的结果基本一致。在此基础上利用3D Max软件平台等,可虚拟再现汉武帝茂陵辉煌规模及地宫形态。向游客展现汉武帝茂陵地宫的结构、景观以及时代与地域背景,将大幅度提升旅游产品品质。     

基于综合物探的城市地下空间探测与建模

地下空间开发利用是解决城市诟病的有效途径,城市强干扰环境下地下空间精准探测已成为多学科交叉研究的热点,也是当前研究的难点。以大西安西咸新区为研究区,采用钻孔揭露、实验测试、多参数地球物理测井、地面地球物理勘探组合方法开展了地下空间精准探测与建模研究。通过综合地球物理勘探,获取了每层土体的多参数地球物理特征。结合钻孔揭露与实验测试资料,建立了基于钻孔资料的地面物探与测井校准与耦合,为地下空间地质结构模型赋予了物理属性。提出高密度电法、微动台阵观测和浅层地震勘探与多参数地球物理测井方法相结合,可作为城市强干扰环境下地下空间物探工作的最优方法组合。     

城市地质调查标准化建设系统

城市地质调查工作是优化城市空间结构、建设智慧城市、提高城市宜居水平的基础保障和重要支撑。笔者立足于新时期城市发展建设需求,建立了包括空间、资源、环境、灾害等方面的多要素城市地质调查系统;在全面借鉴国外发达城市有益经验的基础上,充分考虑国家政策导向,从工作内容、技术方法、成果应用3个维度分别提出了城市地质调查8个子系统的标准化建设方案;根据全球地学发展潮流和多学科交叉融合的时代特征,尝试提出了城市地质调查创新系统的未来建设,旨在探索城市地质调查的新途径、新思路和新方法。