矿物粒径对花岗岩单轴压缩特性影响的试验与模拟研究

高放废物深部地质处置目前受到世界各国的高度重视。花岗岩是我国高放废物地质处置工程的候选围岩,深入了解处置库花岗岩的强度及破坏特性对于处置系统的设计及性能评价具有十分重要的意义。作为矿物颗粒的集合体,花岗岩是一种由石英、长石和黑云母等矿物组成的非均质岩石,矿物粒径对其宏观力学特性影响明显。以我国高放地质处置库预选区阿拉善花岗岩为例,选取矿物粒径差异明显的似斑状花岗岩和中粒花岗岩两类岩石,采用单轴压缩试验与数值模拟相结合的方式研究了矿物粒径对岩石力学特性的影响。单轴压缩试验在MTS815岩石力学试验系统进行,数值模拟采用基于离散元的颗粒流程序PFC2D完成。数值模拟过程中,以试件表面图像为基础,采用数字图像处理技术获取岩石内部矿物组分的实际空间分布,从而建立了精确反映花岗岩内部矿物种类及其空间位置的数值模型。利用该模型对花岗岩的单轴压缩试验进行了数值模拟,并与试验结果对比,论证了模型的可靠性。试验及模拟结果表明,阿拉善花岗岩破坏形式为脆性张拉破坏,裂纹大多平行于轴压方向,数字图像数值分析方法可真实地反映材料细观结构。矿物粒径对材料力学特性的影响主要表现为:细粒、等粒结构的岩石强度高,粗粒、不等粒结构的岩石强度低。研究成果可为掌握矿物粒径对岩石强度及变形特性的影响提供依据。     

三峡库区浮托减重型滑坡对库水升降的响应规律

三峡大坝自2003年蓄水以来,库区形成大量涉水滑坡。长江三峡库区的浮托减重型滑坡随库水位升降,变形非协调性增加,此类滑坡变形与库水位关系的不明确性,为其监测预警预报工作带来困惑。以木鱼包滑坡为研究对象,通过全自动GPS变形监测系统获取的滑坡监测资料,结合多次的野外考察、15年专业监测和库水位升降等资料进行分析,运用有限元软件Geo-studio进行数值模拟,模拟库水位以不同速率在175~145m间升降下对滑坡稳定性的影响。研究表明:(1)库水位由145m升至175m的过程中,滑坡的稳定系数变化为先减后增再减,库水上升速率越大,前期稳定系数减小的时间段越小,随后稳定系数增加的速率也越快;(2)在库水位由175m下降到145m的过程中,整个稳定系数变化趋势为先减小后增大,呈“V”字形,存在一个最危险水面,不同的库水下降速率对应的最危险水面高度也不一样,库水位以0.4,0.6,0.8,1.0,1.6m/d的速率下降时对应的最危险水位分别在169.8,167.8,162.6,162.0,162.2m左右;(3)木鱼包滑坡作为三峡库区典型的浮托减重性滑坡,在库水位大幅度及周期性升降的影响下,一直保持着蠕滑状态,平均日位移量为0.4mm/d,目前处于基本稳定状态。所得结论对三峡库区浮托减重型滑坡预警预报工作有一定的参考与借鉴意义。     

黑河流域水文信息系统设计与实现

水文数据建模和数据共享是流域科学研究的重点工作, 也是"数字流域"研究的基础.目前集成观测数据和环境信息的流域信息基础设施已经成为"数字地球"技术在流域科学方面的重要应用.以水文数据模型和"协同促进水文科学发展大学联盟"水文信息系统(CUAHSI-HIS)为原型, 设计一个适合于黑河流域的集流域地理数据库、 观测系统数据库和数据共享发布系统于一体的流域水文信息系统.系统实现集成各种观测数据类型、 数据来源及观测数据的流域观测数据库, 通过统一地表和地下水的通用数据模型实现流域地表水和地下水信息的一体化存储管理, 同时存储、 组织和在线共享发布流域相关的观测数据和空间数据, 为流域科学研究提供在线生态环境数据的网络服务以及相应的流域观测数据服务, 有效的推动流域科学计划的研究.     

山脉走向对降水中δ18O垂直递减率的影响——以黑河流域上游祁连山区为例

准确定量计算降水中稳定同位素的垂直递减率对水文、古气候及古海拔高度重建等研究有重要意义.使用方差分析方法,分析了黑河流域上游祁连山区3个站点2007年10月至2008年9月降水中δ¹⁸O与海拔的关系.结果表明：由于青藏高原北缘气候特征受西风环流控制,水汽的主要运移路径与祁连山脉走向基本平行,导致降水过程中缺乏水汽沿海拔爬升的过程,以及存在广泛的水汽混合等因素的影响,使得在显著性水平α=0.05下,祁连山区海拔1600～3300 m之间降水中δ¹⁸O在年尺度和季节尺度上均没有表现出明显的高程效应,其年均值为-7.1‰.结果说明除水汽来源外,山脉走向与主要水汽运移轨迹之间的空间关系也是影响降水中稳定同位素特征的重要因素.最后,讨论了青藏高原降水δ¹⁸O垂直递减率的区域变化特征.     

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构建考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型并在山西省小流域应用

随着中国经济的快速发展,能源需求的增加,作为中国最主要的煤矿开采省份,山西省的煤矿开采量也一直在增加。但长期以来不合理和不科学的煤层开采,导致全省许多地区出现了煤矿采空区和伴生的地表裂隙。同时山西省内许多流域观测资料显示河道径流明显减少,水库存储量下降。认识煤矿开采,这一重要人类活动对水文过程影响,并在此基础上发展考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型意义重大。收集山西省几个典型小流域的煤炭开采、遥感、水文资料,经过调查和分析发现煤炭采空区引起的裂隙和塌陷在山坡上会增加地表优先流,在河道上会导致明显渗漏现象。基于以上对煤炭开采对水文过程影响的认识,发展了考虑煤矿采空区特殊下垫面的水文模型,并在山西芦庄小流域进行了模型验证与应用研究。此研究方法对认识人类活动可能引起水文过程的变化有一定的借鉴意义,发展的模型也可以推广到具有类似水文过程的地区,对由于不合理的煤炭开采受到影响的流域进行水文分析和预报。     

四川罗家青杠岭崩塌风险的定量评价研究

我国多山,崩塌灾害频繁发生,相应的风险评价也得到了越来越多的关注。由于崩塌发生和运移过程的高度不确定性以及历史数据的不完备,往往很难进行相应的定量风险评价。四川罗家青杠岭的崩塌现场非常典型,而且现场资料较全、历史数据较多并且明确,是开展崩塌风险定量研究的很好实例。通过现场工程地质调查、测绘和统计分析,确定了历史崩塌的物源区、堆积区、最大运移距离、年发生概率以及坡体上的4块典型危岩体A-D。基于历史崩塌堆积区的块石统计特征以及物源区危岩体失稳启动位置的不确定性,利用二维Rockfall模拟软件对所在坡面的恢复系数及摩擦系数进行了反演。在此基础上,对危岩体A-D失稳后的运动特征进行了随机性数值模拟和统计分析,从而确定了崩塌的到达概率。基于崩塌发生概率、到达概率、承灾体时空分布概率和易损性的乘积,作者对罗家青杠岭崩塌进行了定量风险评价。评价结果表明,危岩体A和D的风险值处于不可接受的风险区间,块石B和C的风险值处于警告的风险区间,严重威胁着坡脚附近居民的生命财产安全,有必要采取相应的防灾减灾措施。     

有机酸对几种土壤吸附铜的影响

在一定离子强度和pH值下,向几种不同的土壤中加入外源有机酸,研究有机酸对土壤吸附Cu2+的影响,结果表明:几种土壤对铜的吸附量随着铜浓度的增加而增加,但当铜浓度达到一定值时,吸附量不再发生变化。几种土壤对铜的最大吸附量的大小顺序为黄棕壤> 砖红壤> 红壤> 赤红壤;有机酸对土壤吸附铜既有促进作用,又有抑制作用,即吸附曲线呈峰型;不同有机酸对土壤吸附铜的影响不同,其中柠檬酸对吸附的抑制和促进作用都很强烈,草酸对吸附的促进作用较弱,抑制作用较强,而乙酸对吸附所起的作用则与草酸正好相反;同种有机酸对不同土壤吸附铜的影响不同。其中三种有机酸对黄棕壤吸附铜的促进作用都很弱,而对砖红壤吸附的促进作用则强。      

一种CORS基准站整周模糊度解算方法

利用CORS基准站坐标精确已知,根据各种双频线性组合观测方程,探讨了一种长基线整周模糊度快速解算方法,详细介绍了其解算原理,逐步推导了计算公式。最后通过CORS站实例,数据计算分析结果显示,其方法可快速、准确地确定整周模糊度值。     

精密单点确定航空重力载体运动速度和加速度

载体运动速度和加速度的精确确定是航空重力中的关键问题之一。基于IGS发布的精密轨道和钟差产品,并对各种相关误差精确模型化,利用载波相位直接法计算速度和加速度。在静态条件下,水平方向的速度精度优于1.5 mm/s,加速度精度优于2.0 mm/s2;垂直方向的速度精度约为2.0 mm/s,加速度精度约为2.5 mm/s2。在动态条件下,与多参考站载波相位直接法精度相当,并且计算效率和解算成功率更高。结果表明了本文方法在航空重力中的有效性。