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。     

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。     

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。     

浙江庆元古银坑硐群遗迹特征及价值评价

通过对庆元古银坑硐群遗迹的详细调查,查明了该硐群特征。遗迹区共有古矿硐群7处,其中4个规模较大的矿硐长度均在百米以上,最大矿硐共分3层进行开采,垂直落差百米以上。遗迹区内各种规格探采硐保存完整,探矿遗迹数量多,矿业遗迹类型丰富。通过对该遗迹区的价值评价,该矿硐群遗迹可达到国家级矿业遗迹标准。     

锦绣黄岩蟠龙洞古地下洞室群的科学发现及初步分析

位于浙江黄岩的蟠龙洞是古人采石后遗留下来的一座大型地下洞室群,目前已被开发为锦绣黄岩旅游区。实地量测表明,洞室群中的3号洞高达64.3m,是世界上目前已知大型古地下工程的最高者。作者对该古地下工程数百年不倒的原因进行了初步分析,并发现了诸多蕴藏于其中的古代朴素科学思想和高超技术。     

温岭市长屿硐天硐室连接通道稳定性评价

浙江省温岭市长屿硐天废弃矿山,经过长期的开采,地表生态环境遭到严重破坏,并遗留了大量的地质灾害隐患,需要进行环境治理。本文通过全面的调查,以半定量分析法为主,定性分析、有限元模拟分析为辅的评价方法,主要对长屿硐天连接通道进行稳定性评价,为长屿硐天环境治理提供依据和建议。     

黑洞大型古地下洞室群工程地质条件及岩体稳定性分析

位于浙江天台县蟹山山体内的黑洞洞室群, 以其优越的工程地质条件和完整的岩体结构, 自隋朝以来成为大型古地下采石场。洞室群包括总面积达24 000 m²的21个洞室, 其长轴方向基本沿两组主要地质结构面走向展布。研究显示:总体采石层系上白垩统塘上组(K₂t)第6层灰白色含玻屑熔结凝灰岩;岩体质量指标Q值计算结果为53(I级)。按现代地下洞室设计理念, 其长期稳定最大跨度应不大于50 m, 但实际上5号洞最大跨度达81 m, 可望成为地下人工岩石单洞跨度之最。现场调查发现, 古人在蟹山山脚残留多处地质探洞。古代工匠在洞室开挖过程中遇到断层破碎带时, 采用了近垂直、小断面、高台阶穿越技术方法, 有效保证了不良地质体中无支护开采的安全性和长期稳定性, 这对现代地下工程具有借鉴和工程类比意义。     

龙游大型古地下洞室群1～5号洞水文地质与工程地质条件研究

一个超浅埋大型古地下洞室群于1992年在浙江省龙游县被四个农民发现。该洞室群的发现引起了各方面专家和学者的广泛关注。但从发现至今已出现了多种破坏现象,如顶板脱落、洞间壁坍塌、柱子拉张或剪切破坏以及由于渗水导致的洞室围岩的干湿交替引发的风化现象等等。本文从工程地质调查入手,对龙游古地下洞室群的工程地质条件、水文地质条件等进行了分析,为下一步的保护工作提供地质基础。     

“钟”形采空硐室结构特征参数分析

古人根据长期采矿经验,在长屿硐天矿区开挖形成了无柱式"钟"形硐室,并根据NS走向和SW-NE走向地形坡度不同的情况,采用不同的断面跨度,导致硐室底部呈近似椭圆形。为深入探寻长屿硐天华玄硐群与花居硐群"钟"形硐室结构特征的科学规律,深入总结古人工程技术经验,进一步分析大型硐室群屹立千年不倒的影响因素,本文深入开展"钟"形采空硐室结构参数特征的研究,以地形坡度、硐室跨高比、硐室埋深与高度比为因素,采用FLAC进行数值模拟计算,对硐室围岩的应力以及塑性区进行了深入分析,得出了结论为:在缓坡方向,硐室跨高比宜小于1.44,硐室埋深与硐高比宜小于1.8;在陡坡方向,跨高比宜小于1.28,硐室埋深与硐高比宜小于1.8。勘查的24个硐室中有67.7%硐室符合该规律,可见古人采用了较为合理的"钟"形硐室结构形式,为洞室千年稳定奠定了良好基础。     

综合物探方法在地质遗迹开发中的应用

本项目为历史遗址勘察工程,主要任务是利用专业物探设备对某古采石场遗址进行地质勘察,调查某古采石场采掘历史、矿业遗迹类型与分布,查明该古采石场遗址地质环境条件和地下采石坑、采石矿洞等空间分布、埋深及规模,为后期古采石场遗址的日常维护和开发利用提供科学依据。     

甘肃北山地区古硐井群地质特征与时代厘定

北山地区出露大量古硐井群,其地层时代主要依据区域地层对比和上覆、下伏地层中获得的Sm-Nd全岩等时线年龄确定,没有高精度的年龄数据。为了获得并限定古硐井群的时限,采用LA-ICP-MS和SHRIMP测试方法,对北山地区出露大量古硐井群石英岩中的碎屑锆石进行U-Pb同位素年龄测试,获得最年轻的碎屑锆石年龄为1213±24Ma,可以作为古硐井群的下限年龄(中元古代中晚期)。获得3110±6Ma、2786±7Ma等碎屑锆石年龄,暗示甘蒙北山微地块存在古老的地壳残留,表明古硐井群是北山地区的变质基底之一。连续的3个峰值年龄1750Ma、1580Ma和1470Ma,表明古硐井群石英岩的沉积物大部分来自经历过晋宁运动的源区。研究结果为完善北山地区的地层格架提供了有利依据。     

浙江龙游牛场古地下洞室群1号洞顶板长期抗拉强度估算

根据牛场古地下洞室群1号洞顶板的拉裂现象,利用Ansys 建立与牛场古地下洞室群初始及边界条件相符的模型,通过FLAC-3D计算获得拉裂缝所在单元垂直裂缝方向的拉应力范围,即0.037~0.469 MPa。由于顶板拉裂缝是经过长期变形而产生的,结合材料力学第一强度理论,该范围可以作为牛场古地下洞室群1号洞顶板围岩的长期抗拉强度。     

龙游牛场古地下洞室群岩柱的长期抗拉强度反演

在龙游县上畈村附近的牛场有一处由2个洞室组成的古地下洞室群。现场调查发现,在其中1号洞的岩柱1上出现了一条竖直的张开裂缝。据分析,这是上覆岩层对该岩柱施加过大荷载的结果,这一发现为本文研究岩体长期抗拉强度提供了条件。作者即以根据牛场古地下洞室群1号洞内岩柱1的拉裂现象为研究对象,根据最大拉应力论来反演岩体的长期抗拉强度。这不仅对长期强度研究具有理论意义,而且在古工程保护方面也具有应用价值。     

遗迹化石的古环境和古地理意义

遗迹化石(或生物成因沉积构造)是原产地环境条件的指示者,是原地埋藏的遗迹群落,因此几十年前即用来研究古环境和古地理。本文从4个方面讨论了利用遗迹化石群落来解释古代环境和古地理条件：①陆相和海相遗迹化石群落的区别;②海陆过渡带环境的遗迹化石群落和海岸线的识别;③遗迹相的古环境和古地理应用,且讨论了Skolithos(石针迹)、Cruziana(克鲁斯迹)、Zoophycos(动藻迹)和Nereites(类砂蚕迹)四个遗迹相研究的新进展;④利用遗迹化石群落对一些地质事件的解释,包括一些沉积事件的解释以及判断缺氧和贫氧环境。     

关于龙游石窟23号古地下洞室23-1号斜坡柱稳定问题的讨论

龙游石窟是一个大型的古地下洞室群,具有重要科学和文物价值。为论证古人在龙游石窟23号古地下洞室的洞口设置23-1号斜坡柱的科学性,开展了稳定问题的相关研究。通过对23号洞的地形地貌、地层、构造、地震等方面开展现场地质调查、三维激光扫描和电镜扫描、X射线衍射试验,分析了23-1号斜坡柱岩体的微观性质。结合岩石的物理力学试验和数值反分析方法,反演分析获得了23-1号斜坡柱的物理力学参数。在以上研究的基础上,通过采用假想相同平均截面,同体积的直立岩柱代替原有的23-1号斜坡柱,利用FLAC3D软件对比分析了两种不同岩柱的洞体力学特征。研究结果证明了古人设置23-1号斜坡柱明显优于直立的同体积岩柱,有利于洞室的稳定性,由此论证了古人设置倾斜岩柱的科学性。这一科学发现对现代采矿工程、地下空间的开发与利用、岩土工程的设计与施工具有重要的参考价值。     

中国东部四明山古夷平面遗迹特征与演化

古夷平面研究在地貌演化和新构造运动研究中占有极其重要的地位,但由于遭受构造运动和剥蚀作用的影响,很多古夷平面遗迹已无从清晰辨识。浙江四明山顶古近纪夷平古风化壳面的发现,为研究浙江东部甚至华东地区的新生代地貌演化提供了重要地质信息,同时为始新世和中新世时的古气候、古环境研究提供了重要物质证据。通过详细的野外地质调查,系统采集了该区5个点位的20个古风化壳样品和7个点位的15个现代风化壳样品,开展黏土矿物分析和玄武岩K-Ar年龄测试。研究确认四明山地区发育有2期古夷平面遗迹,即古近纪(E)和新近纪(N)古夷平面遗迹:第一期夷平面发育时间为65. 0～32. 2 Ma,解体和古夷平面遗迹保存时间为32. 2～21. 7 Ma;第二期夷平面发育时间为21. 7～10. 5 Ma,解体和古夷平面遗迹保存时间为10. 5～3. 0 Ma。研究区2期火山活动喷发所形成的玄武岩盖层有效保护了该区的古风化壳,从而使四明山古夷平面遗迹具有空间展布完整、剖面信息清晰等特征,呈现出由古夷平面(古风化壳)与玄武岩堆积面(现代风化壳)组成的"双风化壳"现象,为观察古夷平面遗迹特征提供了最佳场所。     

硐室片状危岩体病害机理分析与评价方法

长屿硐天遗址公园遗留了大量危岩体,造成较为严重的安全隐患。经现场勘查发现,长屿硐天景区存在12处片状危岩体,其结构特征和形成机理与常见的危岩体存在显著的不同。以W42危岩体为例,通过FLAC数值模拟计算,分析了片状危岩体的应力特征和卸荷作用,发现卸荷作用对开挖面3 m以内围岩影响较大;采用断裂力学方法,分析了应力强度因子KI与岩体内原生裂隙倾角α、原始裂隙开裂角θ0、原生裂隙长度c之间的关系和影响规律,得出了开裂角θ0在78°左右时,岩体原生裂隙更容易扩展开裂的规律。这些规律能够较为合理地解释片状危岩体的形成机理和结构特征,以及研究区域节理多为陡倾或直立的原因。     

龙游石窟1～3号洞室稳定性分析及安全通道路线的选择

龙游石窟是一个大型古地下洞室群,具有重要文物价值。但龙游石窟正面临着风化速度加快,围岩变形破坏越来越严重等问题。在洞室群内部设置安全通道的方法是保证旅游安全和实现洞室群长期保护的一个重要措施。为制定设计安全通道的合理方案,对洞室群分布区的变形破坏现象进行了现场地质调查,并根据调查结果重点分析了洞室群洞口区域、顶板、公共边墙和岩柱的变形破坏特征。并利用有限差分程序FLAC3D进行了数值计算分析,对安全通道所经过区域的洞室围岩稳定性进行了评价。在计算过程中,利用网格单元的安全系数计算方法对比分析了安全通道的不同设计方案,初步确定了龙游地下洞室群1～3号洞室安全通道的设计路线。     

新龙古冰帽的若干特征

新龙古冰帽位于沙鲁里山北部,古冰帽面积为2000km~2。海拔4600m以上湖群遍布,冰碛物撒满高原面,此即为古冰帽的判识标志。古冰帽分中心区与外围山谷冰川区,遗留有冰蚀湖、蚀碛均夷面、冰蚀丘陵、冰川槽谷、羊背石、鼓丘、侧碛堤等多种地貌类型。本冰帽演化经历了三次冰期。     

广州番禺莲花山地质遗迹特征及国家地质公园评价

应用地洼学说探讨广州番禺莲花山风景区的构造运动及地壳演化历史,对其古采石场遗迹年代进行了多方面的研究,论述了古采石场遗迹之采矿技术方法和工艺特征,其采矿方法是露天开采法与地下矿房采矿法相结合.阐述了莲花山丹霞地貌之物质组成、形成环境等,发现了以狮子岩为代表之典型的古海蚀崖蘑菇地貌.在莲花山北东麓发现第三纪与白垩纪地层接触关系地质界线剖面,地层之间为假整合接触关系.论述了4种地质遗迹之规模形态与美学特征,挖掘出由4种地质遗迹所表现的各种特质多种美学意境.描述其旅游资源众多特点及自然生态和人文景观特点,并对莲花山拟建国家地质公园进行评价及赋分,其结果12项指标总评分得77.5分,完全符合国家级地质遗迹或国家地质公园条件.