21世纪工程地质学生长点:土体微结构力学

本文认为土体结构对其工程性质有重要制约作用,土的结构性模型的建立已成为当代土力学前沿性课题。提出的“微结构力学”理论与方法体系的建立,将为土体工程地质研究开辟崭新的研究领域和工作空间。文中,作者对“微结构力学”的概念及其研究内容、近期和远期研究课题进行了分析,并提供了开展本项研究工作的技术路线建议。     

土体微结构力学--概念·观点·核心

土体结构对其工程性质有重要制约作用,土的结构性模型的建立已成为当代土力学前沿性课题。“微结构力学”理论与方法体系的建立,将为土体工程地质研究开辟崭新的研究领域和工作空间。对“微结构力学”的概念及其研究内容,近期和远期研究课题进行了分析,提供了开展本项研究工作的技术路线建议。     

面向21世纪中国工程地质学的思考

本文结合学科发展、国民经济建设，资源开发及地质环境保护，评述了面向２１世纪中国地质学的发展方向和主题，提出了面向２１世纪中国工程地质学在思维体系，基础理论与技术及重点应解决的重大工程地质问题等方面的一些建议和措施。     

世纪国情科技发展与工程地质学走向

通过对 2 1世纪初科技和经济、社会发展趋势的综合分析 ,基于中国现代化进程中基础设施建设的需求 ,工程建设的环境安全与经济效益统一的取向 ,以及学科的自然科学与人文科学的双重属性 ,作者认为工程地质学的研究与发展方向是 :以工程建设与地质环境互馈过程研究为核心 ,地质工程与岩土工程嵌套发展 ;加强工程地质学理论 -地质技术 -工程建设的紧密结合 ,进一步实现工程地质学为工程建设服务的价值。文章还论述了工程地质与环境领域服务于三个层次生产力布局、整体发展趋势、关键环节以及科学方法与技术的基本框架 ,并就当前工程建设中亟待解决的科学技术难题进行了初步分析。     

走向21世纪的中国工程地质

本文从２１世纪工程地质发展大趋势出发，论述了工程地质学科的外延，特别是与经济发展和工程建设规模扩大相适应的地质工程，岩土工程地质，环境工程地质，信息工程地质等新的生长点，在此种变革的基础上，讨论了２１世纪本学科发展的特点和前沿课题。     

西进! 21世纪岩土钻掘工程主战场

中国西部疆土辽阔，矿产资源丰富，潜力甚大，是21世纪岩土钻掘工程的主战场，介绍了西部人文地理条件，矿产、电力资源和基础设施建设等优点，列举了西部地质矿产调查，地下水资源勘探、工程地质勘探、地质灾害防治，基础设施工程施工，科学钻探等领域应重点应用和开发的新技术。     

21世纪：海洋开发时代

人类社会发展到今天,已面临着“人口剧增、资源匮乏和环境恶化”三大亟待解决的问题。人类继续生存和发展的出路是开发利用海洋资源,使用现代科学技术手段,调查研究海洋,开发利用海洋和保护海洋;发展海洋产业,从大海中索取更多的海洋资源,来满足人类社会     

中国21世纪若干重大工程地质与环境问题

21世纪中国的大规模的国家建设不可避免地导致大量的工程地质与环境问题。 2 1世纪中国西部高山峡谷地区主要工程地质问题有: 构造活动带岩土体动力稳定性, 高地应力下岩体应变储能与岩体性质, 高陡边坡的变形及尺寸效应和动力稳定性, 深埋长大隧洞的地温与地压, 深埋隧洞岩体结构探测与施工地质超前预报, 大跨度复杂洞群变形与稳定性的群洞效应, 冻土的冻融变形、稳定性及其处理技术, 可溶岩岩溶规律与岩体利用问题, 河床深厚覆盖层的处理与利用等问题; 中国东部及沿海地区工程地质问题包括: 高速交通网建设中软土地基变形与稳定性及处理技术, 深井采矿中软岩巷道大变形与处理技术, 深厚松散堆积层上大型桥梁桥基变形与稳定性, 海底隧道围岩工程地质与水文地质问题, 城市多层地下空间开发中的工程地质问题等; 此外, 水土流失与北方大规模荒漠化问题, 黄河下游地上悬河与长江下游塌岸和堤防稳定性问题, 黄河断流引起的下游地区环境问题, 我国北方干旱地区水资源长期匮乏问题, 城市化中的环境破坏与污染控制等问题, 将是中国 2 1世纪突出的环境问题。中国工程地质工作者应当在结构土力学与岩体结构力学、工程地质学的基本理论与工程地质动力学、人 地相互作用机制与环境工程地质学、地质工程理论与方法。     

实现由工程水利到资源水利的转变做好面向21世纪中国水利这篇大文章

今年是1999年,中华人民共和国成立50年了。过去的50年,我国水利建设取得了举世瞩目的伟大成就,兴建了一大批水利工程,无论对发展工农业生产,还是对抗御水旱灾害,保护人民生命财产,都发挥了重要的作用。我们应该很好地总结一下过去,有哪些经验,又有哪些教训。现在重要的问题是,今后50年怎么走。ZI世纪就要到了,新的千年开始了,21世纪中国的水利怎么搞？现就这个题目谈点观点和想法。巨变工程水利为资源水利任何事情都是随着生产力的发展而发展的。比如水利,在远古的时候,人类一出现,还没有能力去抗御洪水,只能躲避洪水。人…     

关于土与土体工程地质研究的新进展

作者在简要回顾近两年国内土及土体研究及会议的基础上,详细论述了本次大会在土与土体工程地质研究的进展,最后指出了5个有待加强研究的问题。     

K0 estimation in level granular soil from anisotropic wave velocities on the basis of micromechanics

This study aims to explore the possibility for estimating K₀ in a level ground of granular soil by seismic methods on the basis of micromechanics theory. The idea was to simulate in situ cross‐hole seismic method for the measurement of wave velocities along various directions of wave‐propagation. This work made use of a field simulator to control a K₀ condition (zero lateral strain condition) in specimens. A series of vertical loading containing subsequent loading and unloading were applied to the specimen prepared by pluviation. In general, the K₀ values determined experimentally in this work agreed with the exiting empirical relations. K₀ value was also calibrated from measured anisotropic wave velocities using an optimization procedure. From the comparison of the back‐calculated and measured results of K₀, it revealed the feasibility for the determination of the in situ lateral stress in granular soil by seismic methods and on the basis of micromechanics theory as long as enough wave‐velocity measurements along various directions of wave‐propagation were available. The potential for the usage of the presented methodology for the determination of the in situ lateral stress in level‐ground of granular soil by seismic methods seems encouraging. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

真空加固前后软土工程地质性质研究

借助X-射线、扫描电镜及计算机图像处理等技术，对海积软土真空预压加固前后的结构特征进行定量分析，并结合室内试验，对比研究土体微观结构和工程性质的变化，探讨真空预压加固的机理。研究表明真空预压加固效果明显，软土工程性质得到改善。加固前软土的微结构以蜂窝状、团粒-絮凝状结构为主，大孔隙较多；加固后以团粒状结构为主，粒内和粒间孔隙变小；加固后结构单元体和孔隙未形成明显的定向性。这与堆载预压加固的结构变化显著不同。真空预压加固是在球应力即等向压力下固结。     

Measuring, understanding and visualising coal characteristics—innovations in coal geology for the 21st century

For the coal industry to remain competitive into the 21st century, particularly if coal prices remain low, it is incumbent upon the industry to understand their products and use this knowledge to improve the efficiency, environmental performance and safety with which their products are mined, processed and used. A full understanding of coal characterisation empowers the user to achieve these goals. Areas where coal characterisation is of crucial importance include integrated gasification and combined cycle (IGCC) combustion, metallurgical uses, gasification, extraction of coal bed methane and liquefaction. Future coal characterisation research avenues are reviewed. For this understanding to be achieved, radical new analytical methods that are cost effective, avoid subjective judgement, can provide prompt online measurements and are meaningful in terms of performance prediction will be required. Examples of emerging technologies are presented. Visualisation of coal quality data and the coal chain has always been important to the coal mining community. Methods of building and maintaining databases, and simulating such data are reviewed.     

应用于水文与工程地质的化探新方法土壤吸附汞地球化学测量

介绍了化探土壤吸附汞地球化学测量方法的基本原理,指出土壤中汞异常具有多种来源,单一测汞方法不能区别其来源。测汞方法最重要的作用最准确指出汞气的迁移通道－基岩的断裂破碎带。因此该方法更适用于水文与工程地质勘查,特别是地下水勘查。     

膨胀土裂隙的工程特性研究

裂隙是膨胀土的重要特征之一,长期以来,人们常常把分布于膨胀土大气影响深度范围内受干湿循环影响而产生的干缩裂隙与膨胀土地层中特有的原生裂隙混为一谈。在对膨胀土边坡失稳机制的研究中,也忽视了原生裂隙对边坡稳定的重要影响。为研究南水北调中线工程膨胀土地段渠道破坏机制,在河南省南阳市郊建设了一条长为2.05 km试验渠道,通过渠道开挖期间的地质勘察、现场观测和取样试验,以及对现场滑坡体的取样分析,研究了膨胀土裂隙及周边土体的物质成分、密度、含水率和强度特性,结合现场观测资料分析了裂隙与渠道滑坡的关系。研究表明,膨胀土地层中的原生裂隙有两种类型：光滑蜡状裂隙和有一定厚度充填黏土的裂隙。裂隙面上的物质成分与两侧土略有不同,且天然密度低、含水率高,强度远低于相邻土体的强度,一旦地层与边坡倾向一致,将产生沿裂隙面的滑动。     

Paleoanalogues of global warming in the 21st century

On the basis of landscape-climatic reconstructions for warming periods in the past, likely scenarios of future global warming have been developed for various warming levels that might be reached during the current century. The paleoanalogue of global warming by 0.7–1°C is the Holocene climatic optimum (5.5–6 ka B.P.) and that by 1.7–2°C is the last interglacial optimum (about 125 ka B.P.). The complex analysis concerning response of the principal ecosystem components to the expected warming signifies that there will not be any shifts of vegetation zones during the 21st century; reconstruction will touch only the internal structure of vegetable associations and broadening of interzonal ecotones.     

A micromechanics model for molecular diffusion in materials with complex pore structure

Molecular diffusion in fully saturated porous materials is strongly influenced by the pore space, which, in general, is characterized by a complex topological structure. Hence, information on macroscopic diffusion properties requires up‐scaling of transport processes within nano‐pores and micro‐pores over several spatial scales. A new model in the framework of continuum micromechanics is proposed for predicting the effective molecular diffusivity in porous materials. Considering a representative volume element, characterizing a porous material without any information about the pore space microstructure complexity, the uniform flux is perturbed by recursively embedding shape information hierarchically in the form of the ESHELBY matrix‐inclusion morphology to obtain the effective diffusivity as a function of the recurrence level and the porosity. The model predicts a threshold value for the porosity, below which no molecular diffusion can occur because of the presence of isolated pore clusters that are not connected and unavailable for transport. The maximum porosity, below which no molecular transport is possible, is predicted as one‐third for spherical inclusions. The model allows for extensions to more complex morphologies of the inclusions. We also identify, that the effects of the micro‐structure on molecular transport are characterized by porosity dependent long‐range and short‐range interactions. The developed framework is extended to incorporate realistic pore size distributions across several spatial scales by means of a distribution function within the hierarchical homogenization scheme. Available experimental results assert the model predictions. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

黄河口饱和粉土的电性特征及其工程地质应用

通过对形成于1964年～1976年位于黄河口潮坪区粉土层样品电阻率、井中电阻率和电阻率剖面的测试,分析了土的含水率、孔隙比、饱和度、孔隙水的电阻率、颗粒成分等因素对其导电性的影响。分析结果表明：影响该地区饱和粉土导电性的主要因素为土的孔隙率。随着孔隙率的增大,其含水率升高,电阻率降低,土的电阻率和相应孔隙率的关系可用拟合公式表达。基于此,利用电阻率法成功实现了不同深度粉土沉积层微结构的变化、波浪作用导致密实度不同的粉土层空间分布状况的原位测试。