三峡水库碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏

三峡水库峡谷区矗立着大量岩溶不稳定库岸，危及长江黄金水道安全。采用野外勘查和力学分析，对三峡库区碳酸盐岩区岩溶作用与斜坡破坏关系进行深入研究。野外勘查发现，三峡库区碳酸盐岩库岸存在许多与溶洞、溶隙、溶蚀带、溶槽、溶沟等表层岩溶作用有关的斜坡不稳定现象。巫峡段库岸内共发育岩溶地质灾害及隐患点186处，其中滑坡隐患点37处，大型以上危岩体6个。岩体力学分析表明:强降雨、蓄水和岩体劣化会因为有效应力减少、强度下降而造成破裂的节理/裂隙逐渐扩大。同时，水位变动带岩体劣化的裂缝扩展速率比三峡的平均溶蚀率高出约1 300倍，极大地加快了已经进入屈服状态的不稳定岩体的演化进程。溶蚀作用是岩溶岸坡中最基本的作用，库水长期波动加快了岩溶岸坡演化。本次研究将为三峡库区峡谷段不稳定库岸识别和防灾减灾提供技术支撑。      

三峡库区龙门寨危岩体崩塌产生涌浪研究

长江两岸高耸的危岩体对航道、沿岸居民带来巨大安全隐患。大宁河属于长江一级支流，龙门寨危岩体位于大宁河上，距离巫山县城仅1 km。利用FLOW-3D软件，模拟了145 m、175 m两种水位工况下龙门寨危岩体崩塌产生涌浪过程和涌浪传播过程。模拟结果表明，涌浪在145 m水位工况下最大浪高约为17.9 m，175 m水位工况下最大浪高约为11.6 m；在巫山县的五个码头处，两种水位工况最大涌浪爬高分别约为10.9 m、3.8 m；根据涌浪高度，对大宁河进行危险分区，145 m水位工况下极高危险区长度约4.4 km，很高危险区长度约1.9 km；175 m水位工况下极高危险区长度约3.0 km，很高危险区长度约1.0 km。研究结果有助于防控龙门寨危岩体潜在涌浪灾害危害，保障大宁河航道和巫山县码头安全，同时也为三峡库区滑坡涌浪灾害提供了预警依据。      

基于堆积层厚度变化的侏罗系顺向岸坡变形机制转换研究

三峡库区侏罗系顺向岸坡堆积体滑坡众多,其滑动模式存在一定差异。首先统计分析了192个三峡库区侏罗系层位发育的堆积体滑坡滑体及碎石土的工程地质性质和强度参数。在此基础上,运用数值分析软件对堆积体厚度变化引起的滑坡变形机制进行模拟分析。结果表明:堆积体厚度范围在15m及以下滑坡会沿着岩土界线面滑动、15~35m时滑坡会沿着层内剪切面滑动;厚度范围在35m以上时,堆积体滑坡内部可能存在着多层滑带,即滑坡可能沿着层内剪切面滑动或者沿着岩土界线面滑动。堆积体厚度范围在15m及以下时滑坡的治理措施可采用布置抗滑桩;厚度范围15~35m时可采用排水+布置抗滑桩的滑坡治理措施;厚度范围在35m以上时,可采用滑坡前期监测预报+后期根据滑坡发育情况相结合的滑坡防治措施。     

龚家方4号斜坡涌浪数值模拟分析

对于库区滑坡来说,不能只考虑滑坡体本身造成的灾害,还要考虑滑坡体引起的涌浪灾害,为了研究滑坡涌浪的传播、衰减规律,在Geo-wave软件的技术上,二次开发形成FAST软件。以三峡库区龚家方4号斜坡为研究对象,分别在175、156、145 m的库水位条件下,在长约23 km、宽约10.4 km的区域内进行涌浪数值模拟,获得涌浪传播模拟数据。经过模拟软件数据处理模块的计算分析,形成了分析涌浪传播规律的一系列图件。对不同水位下涌浪模拟的计算结果进行对比分析发现,随着库水位的下降,滑坡产生的最大涌浪值和在对岸的爬高值都有增长的趋势,但其对航道存在威胁的时间逐渐变短。模拟区各位置的最大波高空间分布形态具有中间内凹、两翼沿岸坡延伸的特征。涌浪传播的急剧衰减区基本分布在涌浪源附近1 km的范围内,涌浪源处的波高越大,单位距离内的涌浪下降高度也越大。由于涌浪在岸边有叠加、壅高现象,建议航道内船只经过地质灾害点附近时应沿江中心快速通行。     

基于邻域法的高分辨率模式降水的预报能力分析

利用2011—2013年ECMWF、日本、T639高分辨率模式降水预报数据,CMORPH(NOAA Climate Prediction Center Morphing Method)卫星与自动站逐小时降水融合资料,基于邻域法FSS(Fractions Skill Score)、ETS(Equitable Threat Score)评分指数,分析模式的降水预报性能。(1) 暖季(5—9月)三家模式对小雨量级降水预报频率偏多,随着降水量的增大,模式预报频率逐渐减小,降水阈值10.0 mm左右时,预报频率接近无偏,FSS趋于1,其中T639模式受尺度变化影响最大。(2) 对ECMWF模式来说,降水阈值小于5.0 mm时,增加空间尺度,能够同时提高降水量级、范围的预报准确率,对5.0 mm以上量级降水,增加尺度不利于提高ETS评分;对T639模式来说,调整邻域空间尺度对降水FSS、ETS评分影响不大。(3) ECMWF、日本模式分别在局地性、系统性降水上有较好的预报表现,使用较大邻域来评定局地性降水并不合理,但对系统性降水来说,50~110 km的空间尺度能够取得较好FSS评分。(4) 不同月份上,三家模式的降水量级、范围的预报技巧评分不尽相同,整体来说,三家模式均在7月降水量级预报最合理。      

土体流变破坏时间的灰色预测模型

根据不同载荷条件下土体蠕变破坏的时间数据列,建立了土体流变破坏时间的灰色预测模型。该模型能根据土体在较高应力条件下的蠕变破坏时间预测其在较低应力水平条件下的蠕变破坏时间,可用于边坡破坏预测、岩土工程、岩土力学试验等领域。     

全球变暖背景下陕西省夏季极端降水及其大尺度环流特征

基于陕西省99个国家站1979-2021年夏季逐日降水资料和ERA5再分析数据,研究了陕西省夏季极端降水的时空变化以及相应的大尺度环流特征,并对全省典型地区进行水汽追踪分析。结果表明,陕西省夏季极端降水总体呈现出南多北少的空间分布,陕北中部、关中中东部极端降水为增加的趋势,通过REOF分析并计算得到陕北、关中极端降水变化趋势分别为0.36 mm·a^-1, 0.35 mm·a^-1,陕南极端降水变化趋势最小为0.11 mm·a^-1。夏季影响陕西省的水汽来源主要有三支路径,北支水汽来自欧亚中高纬地区,东支水汽主要来自内陆的江河流域,南支水汽主要来自南海和孟加拉湾。此外,陕西省夏季极端降水在2005年后增多是大气高、中、低层大气环流共同作用的结果,大气高层辐散增强有利于上升运动,大气中层西太平洋副热带高压(以下简称,西太副高)西伸北抬造成外围水汽更容易进入内陆,蒙古反气旋南侧的异常东风和低层的异常东南风更有利于水汽进一步向西北地区输送。     

龚家方崩滑体与滚石运动特征的对比分析

由于斜坡环境复杂,运动体运动轨迹多变,对于滑坡、滚石的运动速度和加速度的计算,一直是难点。通过分析龚家方崩滑体和滚石的运动影像资料,对比研究两次运动过程中运动体的运动特征及能量衰减问题。研究表明,崩滑体整体上经历了一次加速~减速过程,而滚石在整个运动过程中经历了多次加速~减速过程,无论是最大速度还是入水速度,单个滚石的运动速度稍大于滑坡体整体运动的速度,就能量衰减而言,从开始运动到整体入水,崩滑体的能量衰减率约为97.2%,滚石的能量衰减率在92%左右。这一研究结果可为龚家方治理过程中残留物的运动速度计算和类似龚家方斜坡的滑坡体运动速度计算提供参考。     

新的高原季风指数与四川盆地夏季降水的关系

用NCEP/NCAR逐月再分析资料和中国560站月降水资料,定义了一个高原季风指数IPM2。结果表明:与原有高原季风指数相比,该指数与四川盆地夏季降水的相关性更好,能够较好地反映四川盆地夏季降水的异常变化。当高原夏季风偏弱时,巴尔喀什湖至贝加尔湖低压槽、亚洲东岸高压脊、印度低压均加强,同时西太平洋副热带高压偏北,来自孟加拉湾的西南风水汽输送和源于西太平洋的偏南风水汽输送均加强,这种环流形式有利于四川盆地西(东)部夏季降水偏多(少);当高原夏季风偏强时,情况相反。IPM2弱(强)大(小)年与四川盆地西(东)部涝年环流背景相似,表明IPM2能够很好反映四川盆地夏季降水异常的环流场特征。