三维大规模滑坡离散元建模与模拟研究——以茂县新磨村滑坡为例

数值模拟是研究高速远程滑坡的重要手段。本文以茂县新磨村滑坡为例,提出一种三维大规模滑坡离散元建模与数值模拟方法。基于离散元法宏微观转换公式和数值模拟测试,快速得到与滑坡体砂岩力学性质类似的离散元堆积模型。并结合滑坡数字高程数据和地层信息,建立起符合滑坡实际地层条件和岩体力学性质的三维离散元薄壳模型,模拟了新磨村滑坡启动、高速下滑和堆积的全过程。模拟结果与实际的滑坡堆积体在形态和分布上非常相似,并且模拟的滑坡速度场变化特点和时间范围与理论估算与实测地震信号较为一致,验证了数值模拟结果的可靠性和方法的有效性。论文共享了数值模拟源代码,可快速构建三维滑坡数值模型,为高速远程滑坡的数值模拟研究和相应灾害范围评估提供一个可选的方法。     

掺砂率对高放废物处置库中缓冲/回填材料收缩特性的影响

缓冲/回填材料的收缩特性对高放废物处置库的长期安全性和稳定性具有重要影响。以高庙子（GMZ） 膨润土-砂混 合物缓冲/回填材料为研究对象,探究了0~50%掺砂率下,试样蒸发失水过程中的收缩特性。试验结果表明：（1） 试样的水 分蒸发过程可分为常速率阶段、减速率阶段和残余阶段,且掺砂率对各阶段水分蒸发过程均有显著影响;（2） 掺砂率对试 样缩限值基本没有影响,但收缩应变却随着掺砂率的增大而减小;试样收缩系数在掺砂率为30%时达到最大,之后随掺砂 率的增大而减小;（3） 在不同掺砂率下,试样收缩均呈现出明显的各向异性;（4） 掺砂率越高,试样进气点对应的含水率 越大,最终孔隙比也越大。     

光纤和砂土界面耦合性能的分布式感测试验研究

地质与岩土工程领域中,变形监测一直是评价岩土体稳定性的一个重要指标,其时空演化规律可为工程设计与施工 技术参数优化、地质灾害预警阈值设定提供科学的依据。随着光电感测技术的不断发展,其在地质与岩土工程变形监测中 的作用越来越重要,然而分布式感测光纤与岩土体之间的耦合性对监测结果有显著影响,阐明两者间的作用机理成为该技 术应用的关键环节。文章在综合分析当前地质与岩土工程变形监测技术的基础上,开展了基于BOTDA感测技术的光纤-砂 土界面耦合性能拉拔试验,从试验结果和感测光纤特性两方面分析了感测光纤与砂土的耦合性及二者间的应变传递规律。 试验结果表明：除第一级拉拔外,数据拟合R2均在0.99以上,显示了光纤实测应变分布具有良好的规律性;由试验数据反 算得出的光纤弹性模量约为0.35 GPa,与给定值基本一致;通过感测光纤的F-S端和F-S尾关系,得出光纤-土界面作用过程 可分为全耦合、半耦合和相对滑动三个阶段。上述研究结果为分布式感测技术在各类地质与岩土工程变形监测中的应用提 供指导,同时为开展各类室内模型试验提供参考依据。     

土层回弹变形特性及回弹潜力试验研究

对土层的回弹变形效应进行研究有助于科学实施地下水回灌、管理地下水资源及预测地面沉降。文章通过大量室内 压缩回弹试验,研究了土层回弹影响因素及回弹变形特性。试验结果表明：土层的最终回弹量受土样性质、最大固结压 力、固结时间以及卸荷比等因素影响;相同固结回弹条件下,土层黏粒含量越高,回弹量越大;对于同一种土,固结时间 越短,卸荷压力越大,回弹量越大;当卸荷比小于0.5时,固结压力对土层回弹量影响不明显,随着卸荷比的增大,同一种 土样所受固结压力越大,土样回弹率也越大,而当卸荷比大于0.9时,回弹率迅速增大。当土层类型及固结压力确定时,土 层最大回弹率和固结压力大致呈线性关系,可用于土层最大回弹率的预测。     

长江经济带地质环境综合调查工程进展与主要成果

为保护长江生态环境,近年来,中国地质调查局组织实施了“长江经济带地质环境综合调查工程”。通过采用环境地质调查、评价、监测以及专题研究和综合研究相结合等方法,取得了一批重要成果和认识: ①初步构建了长江经济带地质资源环境综合信息管理与服务平台,系统梳理了长江经济带与重点区域的资源环境条件和重大地质问题,提出相关建议; ②创新地将“光纤技术”应用于地面沉降和地裂缝监测,相关成果引领了光纤监测技术发展; ③编制了1:5万比例尺的环境地质调查技术标准和要求; ④创新形成了3个层次环境地质调查合作机制,探索建立了3种尺度资源环境承载能力评价方法体系和大流域环境地质工作模式; ⑤建立了江汉平原地球关键带监测网络,编制了平原区地球关键带调查技术方法指南; ⑥提出了长江流域重大水利工程与生态地质环境多元响应研究思路,创新构建了一套多模态传感器调查系统,提出了重大水利工程对地质环境影响新判断; ⑦建立了长江中下游不同沉积单元区第四纪地层多重划分对比序列,构建了重点地区第四系三维地质结构模型,提出了长江贯通时限和演化新认识; ⑧编制了流域、经济区和城市系列地质调查报告和图集,成果转化与服务成效显著。该工程进展及成果提升了长江经济带地质调查工作水平,可为区域国土空间规划、绿色生态廊道打造、立体交通走廊建设、产业转型升级、新型城镇化建设以及脱贫攻坚工作等提供科技支撑。     

STW型高分子土壤稳定剂改良粘性土团聚体水稳性实验研究

本文对STW型高分子土壤稳定剂改良粘性土团聚体的水稳性进行了试验研究。结果表明,STW型稳定剂在低浓度(3%~9%)就可以大幅度提高粘性土团聚体的水稳性;在相同粒径条件下,团聚体水稳性指数K随着稳定剂浓度的增大而增大;在同一种稳定剂浓度作用下,团聚体水稳性K随着粒径的增大而减小。根据改良前后团聚体的崩解特点,提出了渐进式和炸裂式两种团聚体崩解模式,并对STW型高分子土壤稳定剂改良粘性土团聚体的机理进行了分析。     

瞬态面波在老路路况评价中的试验研究

通过改进传感器型式,综合利用基阶模态和高阶模态频散数据正反演老路随深度方向面波速率,对比养护资料及钻探试验,建立了面波波速与老路压实度、标准贯入击数统计关系。试验结果表明:上硬下软道路结构频散数据求解需同时提取基阶模态和高阶模态信息,基阶模态特征反映下部低速层物性参数,高阶模态反映上部高速层物性参数,加权分层面波波速与压实度、标准贯入击数有较好的相关性。该试验结果适用于沪宁高速公路老路路况的评价。     

微生物矿化作用改善岩土材料性能的影响因素

基于微生物诱导碳酸钙沉淀作用（MICP）的土体改性技术近年来在岩土工程领域引起了人们的广泛关注。该技术在改善岩土材料的强度、刚度、抗液化、抗侵蚀及抗渗透性等性能的同时,还能维持土体良好的透气性和透水性,改善植物的生长环境。由于微生物矿化作用涉及一系列生物化学和离子化学反应,固化过程中的反应步骤较多,因此,MICP固化效果受许多因素的制约与影响。基于大量文献资料,系统总结了细菌种类、菌液浓度、温度、pH值、胶结液配比及土的性质等关键因素对微生物改善岩土材料性能的影响,讨论了这些影响因素的优化方式和未来的研究方向,主要得到了以下几点结论：菌种类型、菌液浓度、温度、pH、胶结液性质会从微观上影响碳酸钙的晶体类型、形貌和尺寸,进而在宏观层面影响岩土体的胶结效果;菌液浓度尽可能高、温度在20～40℃间、pH值在7.0～9.5左右、胶结液浓度在1 mol/L以内的因素条件对微生物加固岩土体具有较好的效果。上述范围内的低温、较高的pH值、低浓度胶结液有助于提高土体的抗渗性,而高温、较低的pH值以及中高浓度胶结液有助于提高土体的强度;MICP加固土体的有效粒径范围为10～1 000 ?m,相对密度越大、级配越好则加固效果越好。分步灌浆法、多浓度相灌注法及电渗灌浆法有助于提高土体固化均匀性,0.042 (mol/L)/h以下的注浆速度有利于提高胶结液利用率,砂土试样的灌浆压力一般在10～30 kPa之间,粉黏土试样的灌浆压力不宜超过110 kPa,过高的灌浆压力会破坏土体结构,降低固化效果。     

基于BOTDR的隧道应变监测研究

布里渊散射光时域反射计 (BOTDR)是近年来才研发成功的分布式应变测量技术。本文首先介绍了BOTDR的优点和测量原理 ,以某隧道的BOTDR应用实例 ,论证了这一技术应用于岩土工程等结构物分布式应变监测的可行性和优势 ,最后就这一技术在应用中的一些关键技术 ,如空间分辨率、光纤布设工艺、健康监测与损伤诊断等作了阐述     

基于GIS的黏性土SEM图像三维可视化与孔隙度计算

黏性土微结构的SEM图像是了解土微结构特征的重要方法,但多数研究仍然以定性分析为主。由于SEM图像在拍摄过程中蕴含了土样中颗粒表面到成像表面的距离信息,因此利用GIS的三维分析模块实现了土样颗粒表面起伏状态的三维显示。利用GIS提供的面积和体积计算方法,分别研究了利用SEM图像计算土样孔隙度的二维和三维方法,并对其进行分析和比较。研究结果显示,基于二维图像处理得到的土样孔隙度受图像处理中阈值的影响较大,阈值越小,图像中颗粒体积越大,土样的孔隙度越小。而基于三维图像处理得到的孔隙度,由于直接采用灰度图像进行计算,得到的孔隙度更加符合实际情况。