温岭观夕硐古采石场工程地质条件评价

观夕硐是古人地下采石活动形成的洞室群。其历史可追溯到1500年前,属于大型地下工程。为解答观夕硐长期稳定,千年不倒的原因,研究洞区的工程地质条件。此研究既为长屿洞天地质公园大型地下古采石场遗址的保护和旅游安全积累地质资料,也可为现代大型地下工程的选址和建设提供工程类比资料。     

长屿硐天采石古工法及其工程地质条件适应性研究——以水云硐大型古洞室群为例

我国古代采石业发展辉煌,具有规模大、历时长、遗留采石遗迹众多等特征,其中尤以浙江省的石材开采最为著名,因古代石材开采所遗留的众多古采石场目前都得到了极好的再利用。浙江省温岭市长屿硐天大型古地下采石场目前已被纳入世界地质公园及国家矿山公园。在现场考察过程中,发现了古代采石者所创造的一套由"探"、"扩"、"避"、"采"、"排"、"运"、"填"等7个主要工序所组成的长屿采石古工法。作为古代地下采石遗迹,长屿硐天拥有以水云硐大型古洞室群为典型代表的28个大型古洞室群,总体规模巨大。该工艺的发现,说明古代采石者从长期工程实践中所创造的长屿采石古工法是行之有效的。进而研究得出,他们所创的采石古工法其合理性,不仅在于其充分考虑了当时采石工具的材质条件,而主要在于其适应了当地的工程地质条件。     

浙江大型古地下工程洞室群的科学研究与启示

作者近20年来在中国浙江省发现多处大型古地下工程洞室群,包括3 000余个古洞室。通过现场调查发现,在这些古洞室群中,既有迄今为止所发现的最大跨度为92 m的天台县黑洞大型古地下采石场洞室,又有最大高度为99 m的长屿硐天水云硐古地下采石场洞室,还有洞壁刻凿最为华丽的龙游石窟古地下洞室。这些洞室均具有共同的特点:始采于几百年-几千年,即均保持了上千年的稳定;它们又具有各自独特的结构:斜墙、鱼尾形柱托、斜顶、穹顶、肋形仰拱,洞间隔墙,洞间水平隔板等等。研究表明,这些独特的结构均对洞室的长期稳定起到了至关重要的作用;除此之外,在这些古地下洞室群中还发现了古人高超的测量技术、开凿技术和防水技术等。这些保持了上千年稳定的无支护大跨度人工洞室群,对现代岩石力学有着诸多启示。然而,随着对这些洞室群的发现及旅游开发,各种破坏现象已经产生,严重威胁着这些古工程遗迹的稳定和安全,同时也对如何开展大跨度人工洞室群的长期保护提出了新课题和新挑战。     

温岭大型古地下采石场长屿硐天凌霄硐洞室群工程地质条件评价

世界地质公园大型古地下采石场长屿硐天位于浙江省温岭市新河镇。据调查,这一由28个洞室群,占地面积约16km2的大型古地下采石场的采石史可追溯到1500a前的南北朝。凌霄硐洞室群是上述28个洞室群之一。其主洞的高度、跨度分别达55m和28m。问题是这些巨型洞室何以千年不倒,为了回答这一问题,也为了为这些重要古洞室的保护和安全旅游提供基础资料,本文开展了以凌霄硐为例的有关长屿硐天大型古洞室群的工程地质条件的研究。     

斜井盾构掘进时富水围岩变形特性模拟分析

在富水软岩地层中进行盾构掘进施工过程时,围岩应力状态会发生变化。准确掌握其变化规律,有利于采取合适的处置方法,避免发生斜井垮塌涌水和卡盾抱箍等工程事故。以往研究一般只考虑盾构、斜井和软岩中的一个或两个条件,也未对有无渗流两种工况进行对比,并较少涉及不同埋深条件下坡度的影响。文章采用有限元计算模型研究盾构在富水软弱地层中掘进过程中围岩的力学特性,通过选择若干观测断面进行监测,得出软岩整体呈现“横鸭蛋式”椭圆形变化趋势,且顶部比两侧和底部更容易受到施工扰动,在渗流条件下该趋势得到加强;设定5种埋深和5种斜井坡度条件,模拟盾构在掘进过程中不同条件下顶部和侧向监测点的位移,结果显示:盾构洞周拱顶竖向位移一般大于两侧水平位移;当斜井纵坡坡度<4°时,盾构顶部监测点竖向位移与侧向监测点水平位移相差较小,但均随斜井埋深的增大而增大;坡度超过4°后,盾构掘进引起的顶部竖向位移与侧向水平位移间差值随着埋深的增加而逐渐增大。     

西非科特迪瓦盆地深水底形样式及成因分析

通过三维地震资料海底平面成像和浅层地震剖面解释、分析,识别和描述了西非科特迪瓦盆地深水底形类型。研究区发育下切水道、侵蚀冲坑、周期阶坎、小型沉积物波、大型沉积物波多种深水底形。下切水道表现为直线型,地形坡度从上斜坡5°过渡到下斜坡1.9°,水道历经多次合并,合并后水道内部起伏地貌指示侵蚀—沉积交互作用;识别出孤立状、串珠状和猫爪状三种类型侵蚀冲坑;在斜坡限制性水道内部地形坡度1.9°～3.1°之间识别出8个不同波长和波高的“周期阶坎”底形,周期阶坎具有剖面上向上游方向迁移、平面上呈新月形态的特征,从上游到下游波长有逐渐变短的趋势。小型沉积物波发育于水道内和水道外两种环境,其中限定性环境小型沉积物波发育在周期阶坎上游方向,非限定环境小型沉积物波发育地形坡度为1°左右,具有加积或轻微向下迁移的内部反射结构。大型沉积物波发育在非限定环境中,显示为长波长、低幅度浅层构造特征,分析认为早期滑塌地貌对晚期大型沉积物波的形成具有重要的控制作用。在现象描述基础上,对不同底形的成因、形成过程、控制因素和其发育的深水动力学背景与环境展开探讨,加深了对西非赤道段科特迪瓦盆地深水底形成因的认识,可对未来深水区...     

地形起伏对高密度电法探测地下岩溶管道的影响试验研究

高密度电阻率法在岩溶区找水具有较好的效果,但岩溶区地形复杂,高密度电法受地形起伏影响较大。为了提高岩溶区高密度电法找水的勘探效果,掌握地形起伏对高密度电法影响的规律,本文采用高密度电阻率法微测系统,利用铜柱体模拟地下岩溶管道,研究地形起伏对高密度电法探测岩溶管道的影响。研究结果表明:高密度联合剖面法及高密度α₂装置受谷地地形影响较大,容易在谷地中间产生虚假的低阻异常,矩形AMN和滚动MNB装置受地形影响较小;受谷地地形影响,高密度电法能勘探的有效异常体深度减小;同一电极距下,平地模型及谷地模型反演异常体顶部埋深均小于真实异常,横向宽度均大于真实异常,平地模型反演异常体的顶部埋深大于谷地模型反演异常体,横向宽度小于谷地模型反演异常体。     

压气储能浅埋地下储气库性能试验研究

利用地下岩穴进行压缩空气储能是大规模能源存储的可行方式之一。压缩空气地下储存库建设的核心任务是保证储气库的密封性和洞室结构安全性。为了验证浅埋地下储气库的可行性,在湖南平江抽水蓄能电站勘探平硐的花岗岩地层内建造了国内第1个硬岩浅埋衬砌地下储气室,并进行了10次完整的压缩空气充放气循环试验。试验结果表明：储气室内压缩空气温度场呈现出显著不均匀分布的特性,温控系统可以有效地控制储气室的温度变化过程。长时高压储气条件下,试验库的漏气率约为充气率的3.2%,试验库密封性能良好。在8.7 MPa的内压作用下围岩的最大变形量只有0.35 mm左右,高内压引起的变形影响区在10 m范围内,围岩变形安全性良好。试验成果有助于全面深入地认识高压地下储气库的工作性能,并为压气储能地下储气库的设计提供有益参考。     

考虑天然气水合物上覆层不排水抗剪强度深度变化的海底斜坡稳定性影响分析

天然气水合物分解可以诱发海底斜坡失稳对海底工程设施产生造成破坏影响。因此,海底斜坡稳定性状态评价对海底工程设施选址、安全运行具有重要意义。文章根据南海北部神狐海域水合物富集区工程地质特征,采用有限元强度折减法分析了斜坡几何参数、土层强度变化,以及水合物储层特征等因素对水合物分解前后海底斜坡稳定性的影响规律。结果表明,未考虑水合物分解时,海底斜坡稳定性主要受控于斜坡坡度和土体强度,且主要表现为浅层滑坡。考虑水合物的分解时,水合物层强度降低会对斜坡的整体稳定性产生影响,但同等上覆层条件下最危险滑动面位置受水合物层埋深影响较大,且存在受地形几何特征与上覆土层强度控制的临界埋深。埋深大于临界埋深时,水合物分解对斜坡稳定性的影响较小,最危险滑动面位置位于上部浅层,表现为浅表层破坏。小于临界埋深时,最危险滑动面位置则经过水合物层,表现为深层滑坡。根据目前模型中的水合物层埋深条件,水合物分解后的深层滑动面安全系数仍高于浅部地层,意味该海域水合物开采仍需要关注浅层海底滑坡灾害的影响。     

上软下硬岩质地层浅埋大跨隧道松动压力计算

针对现有方法在上软下硬岩质地层中浅埋大跨隧道松动压力计算方面存在的问题,通过离散元数值模拟和正交试验,分析了围岩的松动破坏机制、风化层厚度和岩体中节理分布状态对隧道松动区形状和范围的影响规律及敏感性。结果表明：影响松动区的主要因素依次为风化层厚度、隧道埋深、贯通倾斜节理的倾角和间距、风化层水平节理间距;松动区可分为拱形和塌穿形两种类型,其边界曲线分别可用抛物线和乘幂函数近似表示。针对塌穿形松动区,通过回归分析建立了地表松动宽度和拱顶松动土条水平长度的计算公式。按照应力传递原理,在松动区内以梯形微分岩土条为对象,通过分层积分,推导出可反映节理产状和风化层厚度影响的浅埋大跨隧道围岩松动压力计算公式。工程实例计算表明,与现有方法相比,所提方法计算的松动压力值最小。     

破碎、较破碎岩体渗透系数与埋深关系的研究——以某石灰石矿山为例

岩体的渗透性与其埋深关系紧密,一般表现为岩体的渗透性随埋深增加而逐渐减小的规律,本文开展破碎、较破碎岩体随单一埋深关系的渗透系数研究,采用负指数相关性模型和幂次函数模型对丽江古城某石灰石矿山在地表浅部55 m深度范围进行的5次压水水样数据进行拟合相关模型计算参数,发现幂次函数模型的相关性(R=0.916 5)比负指数模型相关性(R=0.884 2)优越。并根据拟合参数与CHEN Y F(2018)通过我国西南地区12个大坝上万组注水试验数据得出的拟合参数进行对比,得出基于常数头注水试验在地表以下较浅深度段的渗透系数可以代替地表渗透系数,采用多段不同埋深渗透系数拟合K₀时宜采用负指数相关模型,确定地表渗透系数后或已知地表渗透系数的情况下宜采用幂次函数模型预测不同深度渗透系数。     

浅埋煤层过双沟地形开采地表裂缝发育规律

为保护黄河流域矿区生态环境,以府谷县庙哈孤矿区安山煤矿125203工作面为背景,采用数值模拟实验、相似材料模拟实验和理论分析相结合的手段,基于工作面过双沟地形开采时地表裂缝发育位置、发育形态等参数,总结出开采诱发地表裂缝发育规律。通过理论分析,建立了浅埋煤层过双沟地形开采地表裂缝发育相对位置函数T及其判别条件,讨论了双沟地形沟谷参数与地表裂缝发育相对位置之间的关系。研究表明,工作面过支沟G1时,共发育地表裂缝4条,最大裂缝宽度23 cm,最大错台11 cm,裂缝发育超前于工作面推进;过主沟G2时共发育地表裂缝7条,最大裂缝宽度79 cm,最大错台45 cm,裂缝发育滞后于工作面推进。裂缝发育相对位置受地质条件、沟深、坡度和沟谷跨度等因素共同影响。地表裂缝发育相对位置函数与裂缝超前(滞后)距离、裂缝宽度和错台以及单沟裂缝总条数密切相关。双沟相互影响程度与工作面推进方向有关。研究结果可为浅埋煤层沟谷下开采地表裂缝发育研究提供一定的理论依据。      

沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力影响研究

沟谷地形下高填方涵洞土压力分布规律较为复杂,不同沟谷地形下涵周土压力分布规律与上埋式涵洞差异显著。为探明沟谷地形对高填方拱涵涵周土压力的影响,采用离心模型试验与数值模拟方法,建立了地形-涵洞-填土的相互作用模型,分析了不同沟谷宽度B、沟谷坡度α下的拱涵涵周土压力及涵顶土压集中系数Ks的分布规律,并与最新涵洞设计规范进行了对比,阐述了沟谷地形下高填方拱涵土压力形成机制。研究表明：（1）沟谷宽度B对涵顶土压力集中系数Ks影响显著,沟谷宽度B为4D～6D,D为拱涵的净跨径,涵顶土压力集中系数Ks增幅较大;（2）沟谷宽度B小于4D时,可发挥沟谷地形对涵洞的减载作用;（3）沟谷坡度α在45°～60°时,涵顶土压力及其Ks变化最显著;（4）填土高度为20m,α>70°时,Ks≤1。填土高度为40m,α>50°时,Ks≤1;(5)我国最新涵洞设计规范推荐的Ks与离心模型试验、数值模拟规律存在一定差异,当α=45°时,沟谷宽度B较小时,规范的涵顶土压力集中系数Ks较为保守;（6）沟谷地形下高填方拱涵Ks与拱顶压密区、等压面的形成有关。拱顶压密区可引起拱涵涵顶土压力集中,并引起压密区周边土体...     

沙坝地形上沿岸流不稳定运动模式变化特性

为研究沙坝地形上沿岸流不稳定运动特征模式变化特性,建立了考虑底摩擦影响的不稳定模型,并用该模型计算了两种沙坝地形(坡度分别为1:40和1:100)上的不稳定特征模式,这些模式内容包括不稳定运动波长、传播速度、不稳定增长率和扰动速度场。将这些结果与忽略底摩擦计算结果进行了比较,分析了底摩擦对不稳定特征模式的影响。上述研究表明沙坝地形上不稳定运动传播速度约为时均沿岸流最大值的0.71~0.79;1:40沙坝地形上产生不稳定运动所用的时间比1:100地形上更短;底部摩擦可以很大程度上抑制沿岸流不稳定运动的产生;一般观测到的(准)韵律形、新月形沙坝都在后剪切区(紧邻时均沿岸流最大值向海方向区域)产生;不稳定运动在沙坝处运动最强,并且坡度越缓,不稳定运动沿岸方向波长越长。     

水工隧洞围岩裂纹扩展的临界水压解析解

通过把断裂力学扩展判据引入水工隧洞解析解中,使宏观的水工隧洞受力分析与细观的围岩裂纹扩展研究相结合;将隧洞围岩裂纹分为拉剪型裂纹和压剪型裂纹,并针对不同类型裂纹的开展机制,分别推导了水工隧洞围岩拉剪型和压剪型裂纹扩展时的临界内水压力表达式。在此基础上,分析了裂纹的走向、长度、埋深等参数对临界水压的影响规律。算例显示,在高内水压力作用下,或者由于地应力释放的影响,裂纹既可能发生拉剪型扩展,也可能发生压剪型扩展,但后者发生的几率更大。在内水压力控制工况下,当裂纹走向垂直于洞壁法线方向时最不容易发生扩展;裂纹长度越长,埋深越浅,围岩孔隙水的作用面积越大,裂纹发生扩展的可能性越大。     

长导线源瞬变电磁响应中激电效应的影响特征

长导线源瞬变电磁实际测量时,经常观测到二次场衰减曲线的"符号反转"现象,这主要由于激发极化效应(IP效应)引起,这种现象对瞬变电磁响应数据和解释的可靠性产生影响。为了探讨IP效应对瞬变电磁的影响规律,首先在均匀半空间中研究激电效应影响规律,得出影响瞬变电磁响应的主要参数,然后引入相对误差表征极化效应的影响程度,来研究典型层状模型中极化层厚度和极化层埋深对瞬变电磁响应影响规律,最后以某石墨矿区地质物性参数为基础,对受激电效应影响的长导线源瞬变电磁数据解释,研究激电效应对实测数据的影响。通过研究得出结论:在均匀半空间模型中,零频电阻率和极化率对瞬变电磁响应的影响较大;对层状模型和实测数据的研究发现,当极化层的厚度、埋深和电阻率在一定范围内影响最大,而且即使实测石墨矿的极化率远小于这里采用的极化率值,但造成的影响不可忽略,因此表明激电效应对瞬变电磁的影响是复杂的。     

地上地下工程建设地质环境适宜性一体化评价——以连云港城市规划区为例

工程建设地质环境适宜性评价是国土空间规划编制的基础。以江苏连云港城市规划区为例,探索地上地下工程建设适宜性一体化评价指标体系和方法。一体化评价是一个空间综合决策问题,涉及多个层次多种因素。借鉴经济领域的负面清单模式,基于自然因素的负面清单建立一体化评价指标体系。一体化评价地上和地下评价指标差异性较为明显,地上评价考虑地形坡度、地基承载力、桩基埋深等11因素,而地下空间评价则不考虑地形坡度、桩基埋深等因素。基于层次分析法与熵权系数法的综合评价方法来确定评价指标的权重,采用GIS平台采用多目标线性加权函数模型进行了工程建设一体化分区评价。评价结果显示：工程建设适宜性好区和较好区分布广泛,占比73.94%～93.22%。随着竖向深度增加,地下空间开发地质适宜性好的区域面积显著增加。地上空间适宜性主要受软土、腐蚀性土及地质灾害影响。浅层(0～15 m)地下空间开发地质适宜性主要受浅埋厚层软土的影响,地下空间开发面临软土变形的风险。次浅层(15～30 m)与次深层(30～50 m)地下空间开发地质适宜性主要受砂层涌水量和岩土结合面的影响。从评价结果看,地下空间工程建设适宜性优于地上,建议地下空间...     

地震液化条件下地面的大变形三维数值分析

地基液化条件下地面大变形是造成工程结构破坏的主要原因之一。考虑地形、地震、土层、地下水等影响因素,针对典型的岸坡场地3层土地基模型,利用有限差分法FLAC3D,对可液化场地在地震作用下发生地面大变形的过程进行了数值模拟。结果表明,临空面坡比愈大、地表坡度越陡,地基液化地表侧向位移值愈大;变坡度的场地在地震作用下发生的侧移要比单一倾斜率的场地大;地震最大加速度越大、地震持续时间越长,地基液化侧向位移、地表沉陷和隆起现象越严重;液化层的埋深、厚度以及地下水位都对地面大变形的产生有着不同程度的影响,应选择合理的地基处理方案进行处理。     

综合电法在天祝华龙沟区煤炭勘探中的应用

天祝县华龙沟区煤炭勘查的主要任务是探明煤层在垂直与水平方向上的变化规律。为此,在其前期预查时采用了多种电法手段．其中以对称剖面法和激电测深方法确定煤层露头具体位置;以五极纵轴测深法和激电测深确定煤层埋深及厚度;以高密度电法确定煤层走向。根据电法成果,结合1：5000地质填图对测区构造及煤层赋存形态进行控制。本次电法勘探成果与地质槽探、硐探对比,其煤炭赋存形态及构造吻合,根据勘查成果估算本区煤炭资源量约5000万t。     

基于DEM的大别山地区地貌特征研究

从区域尺度分析大别山地区的地貌特征,以美国SRTM DEM和1∶50万数字地质图为基础数据,利用DEM地貌模拟和空间数据统计分析技术,生成了研究区的地貌分析专题图和地貌参数统计关系图.研究认为,大别山整个造山带呈三角形的形状,南坡缓而长,北坡陡而短;造山带山势较高,山地多深谷陡坡,坡向多变;山体由北西向南东延伸,主体延伸方向是北西向;山顶面剖面呈∧形,或呈锯齿多峰形式,局部地形起伏越靠近主体山脉,起伏度越大.断裂构造严格控制水系的发育,分水岭呈"人"字形分布于造山带四周.地貌参数的统计分析表明,坡度、地形起伏与平均高程之间具有一定的对应关系,较好的揭示了研究区的地貌特征.