黄河流域地质地表过程与重大灾害效应研究与展望

黄河流域地质构造活跃、地貌演化迅速、气候区域分异显著,流域重大灾害类型多、分布广、突发性强,且灾害往往链生成链、致灾后果严重,破坏黄河流域生态环境,影响流域地质与生态安全.目前,大江大河流域地质地表过程与重大灾害效应是地球科学研究的国际前沿与热点.为此,文章详细梳理了与黄河流域地质地表过程、重大灾害效应、风险防范有关的...     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演,以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演,同时更新速度模型和地震震中位置,结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构.其横向变化结果表明,研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致,地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、低速异常区的交汇处.秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区.而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.     

黄土高原及邻区地壳P波速度结构

利用地震波走时联合反演算法(改进型最短路径算法)进行三维弯曲地震射线追踪正演, 以及共轭梯度法求解带约束的阻尼最小二乘问题进行反演, 同时更新速度模型和地震震中位置, 结合地方震和区域地震走时资料得到了黄土高原(含汾渭断陷盆地)及邻区地壳三维P波速度结构. 其横向变化结果表明, 研究区地壳内的P波高速异常区与其内的地震活动构造带相一致, 地震多发生在P波高速异常区的边缘或高、 低速异常区的交汇处. 秦岭山区和鄂尔多斯块体东南区为P波低速异常区. 而垂向变化结果则表明研究区存在低速异常区.      

黄河大柳树坝址岩体破坏机制动力模拟试验分析

黄河黑山峡大柳树坝址区存在大范围的岩体松动破坏现象，其主要特征是岩体应力释放，结构面张开，密度显著下降。为进一步研究岩体松动的成因机制，在详细调查区域地质背景条件及区域地震动力作用基础之上，提出了地震动力作用与岩体松动现象的内在联系。通过动力模拟试验进一步证明大柳树坝址区存在的大深度、大范围岩体松动与历史上该地区发生的强烈地震具有密切关系。因此在目前的工程地质条件下，一旦发生较大强度的地震活动，坝址区所遭受的破坏程度会更大，对拟建的水利工程设施将产生严重威胁。     

青藏高原隆升的黄土高原构造侵蚀效应

研究了青藏高原隆升与亚洲大陆强季风气候的耦合效应、黄土高原的阶段性抬升、构造变形及其构造侵蚀效应。结果表明,青藏高原的隆升引起多种黄土地质灾害。黄土高原的构造抬升导致侵蚀基准面下降,为重力侵蚀、沟谷溯源侵蚀和流水侵蚀提供了有利条件;构造变形使黄土产生构造裂隙、节理,增大了黄土的侵蚀速率,促进了黄土的坍塌和滑坡等侵蚀性地质灾害的发生;地形突变带、活动断裂带及地震活动带等稳定性条件差的黄土分布区,是黄土侵蚀性地质灾害最剧烈的地区。     

泾河下游黄土台塬区滑崩灾害空间分异研究

近年来,泾河下游黄土台塬区滑坡、崩塌灾害频繁发生,严重威胁当地居民的人身安全和正常的生产生活秩序。通过现场调查发现,这些黄土地质灾害在空间上表现出"东滑西崩"的分布特征,与区内二级地貌单元具有极高的空间相关。已有研究表明,农业灌溉造成塬区东段斜坡带水文地质条件变化是诱发黄土滑坡的主要原因,但同为灌溉区的塬区西段却未能形成相同类型的地质灾害。为此,以东、西段地貌单元差异为线索,利用Modlfow水文地质数值模拟软件,分析2种地貌单元在灌溉条件下的水文地质响应。在此基础上,探讨了二级地貌单元差异对斜坡孕灾环境的影响,并利用CSD和RTC应力路径试验模拟了农业灌溉和工程挖方工况下斜坡土体的力学行为,探讨了斜坡的2种破坏模式及"东滑西崩"空间分布的成因。结果表明,研究区东段塬面完整,在长期农业灌溉条件下,斜坡带水位涨幅显著、水力坡度大、潜蚀作用强,斜坡土体中超孔隙水压力的不断增大,将导致土体在不完全排水条件下发生剪切破坏,甚至静态液化,从而诱发黄土滑坡灾害;研究区西段塬面破碎、冲沟发育、有效灌溉面积小,斜坡带径流排泄边界广、蒸发作用强、地下水位涨幅小,受工程挖方影响,干燥的斜坡土体在围向压力不断降低的条件下,将导致脆性破坏的发育和贯通,使得斜坡在节理裂隙面控制下发生突然垮塌,形成黄土崩塌灾害。     

西安市承压含水层高压渗透模拟试验研究

为了揭示在地下水头升降过程中西安市承压含水层的物理及力学性质,采用自行设计的高压渗透固结试验设备模拟西安市承压含水层中细砂高压渗透,研究了在不同竖向压力和孔隙水压力条件下砂柱应变与时间的关系、应力与应变的关系以及砂样的渗透性,同时对比探讨了试验前后砂样微观结构。结果表明：孔隙水压力降低或竖向压力增大时,砂柱发生压缩变形且表现出分段线性的特点;在一定应力范围内,增大孔隙水压力,砂柱变形几乎没有发生回弹或者恢复。根据试验前后颗粒分析曲线、双目镜照相及电镜扫描照片的对比,可以推断砂样在压缩过程中除产生颗粒滑移和位置调整外,部分颗粒被压碎或压裂,由此导致了砂样在地下水头升降过程中颗粒级配发生改变、渗透系数急剧降低以及砂样在不同应力下表现出的分段线性、粘滞性和部分不可恢复等非完全弹性性质。     

黄土边坡暗穴对公路桥梁的致灾机理分析

根据黄土暗穴空间走向的不同,将黄土边坡桥基下伏暗穴对桥梁的危害归纳为倾倒破坏模式和滑塌破坏模式。采用二维有限元方法,对黄土边坡顺沟向桥基下伏暗穴对桥梁的致灾机理进行了数值模拟分析后得出:黄土暗穴引起的桥梁变形以垂直下沉变形为主,水平方向的变形不明显;随着黄土暗穴的发展,其半径由0.2m逐步增大至0.5m、1.0m时,桥梁失稳主要表现为桥基下伏黄土暗穴周围的舌状塑性区沿45°方向放射性扩展,与桥基附近土体塑性破坏区相贯通导致桥梁不均匀沉降并向沟外侧倾倒破坏。同时,通过有限元法进行模拟计算,得出了桥梁安全时顺沟向桥基下伏黄土暗穴的临界埋深与其半径之间关系可用对数函数关系式表示,其相关系数反映拟合关系具有很高的精度。     

地震灾害预测基本思维模式探讨

地震灾害能否预测，如何实现有效预测，作者认为：地震作为一种自然界的客观存在，它的孕育、发生和发展过程必然遵循着一定规律。如果认识掌握了这一规律，就可以实现预测。加强震源研究是实现地震灾害预测的基础。提高预测效果的良好途径是预测期尺度与预测方法相对应。     

青藏高原的递进式隆升机制

根据青藏高原现代构造变形的GPS速度场、高原区喜马拉雅山等五大山脉之间的几何关系,及其在地貌构造上的褶皱结构特点、岩石圈的分层特征。作者提出在印度板块的推挤作用下,青藏高原具有递进式隆升的特征的观点。利用FLAC有限差分法数值模拟软件,近似采用平面应变条件,模拟了在水平推力作用下,地壳层递进式挤压弯曲隆升的过程。根据数值模拟结果认为,青藏高原隆升的主要动力源是印度板块NNE方向的推挤力,地壳层依照自南而北的次序逐步产生一系列褶皱隆起,从平面、剖面上均具有密切的时序因果关系;高原隆升与活动构造的发育、分布具有密切关系,断裂活动强度自南向北递进式扩展,因此,祁连山脉是高原最年轻的新生活动山链。