岩溶塌陷光纤传感试验装置的标定试验

根据岩溶土洞(塌陷)变形演化特点,分析土体与传感光纤之间的力学关系,简化塌陷力学模型,加工塌陷模拟试验装置并进行试验。首先通过对光纤加载和卸载来模拟土洞形成过程顶板荷载的变化及分析传感光纤相应的变形和轴向应变特点,然后研究了土洞规模变化对光纤传感监测的影响。研究表明:在土洞形成过程中,因土洞规模和上覆土层荷载不一而导致的应力场的分布变化,以及不同光缆对应力场变化响应灵敏性的差异,是影响分布式光纤传感技术在岩溶土洞中应用的关键因子。文中所标定的光纤传感试验装置能较好地显示岩溶土洞形成演化过程中的应变变化特征,说明分布式光纤传感技术可应用于岩溶土洞的监测预警。      

岩溶塌陷临界土洞的极限平衡高度公式

土洞的产生和发展是岩溶塌陷的基础,临界土洞是土洞发展的最终阶段,以临界土洞为界,岩溶塌陷在时间和空间上划分为内部塌陷阶段和地表塌陷阶段。内部塌陷阶段是土洞在覆盖层土体内部的发育扩展阶段,土洞顶板土体的破坏形式类似于地下洞室洞顶围岩的破坏。根据地下洞室普氏平衡拱理论,建立覆盖层土体的天然平衡拱高度,即临界土洞的极限平衡高度公式,并以唐山市体育场岩溶塌陷为例,对该公式进行验证评价,计算所得塌陷的临界土洞高度与实际情况相符合,误差仅为4.3 %。     

岩溶塌陷发育的时空阶段性分析

岩溶塌陷是土洞形成与发展的结果，临界土洞的形成是土洞发育的最终阶段，以临界土洞为界，岩溶塌陷的整个发育形成过程从时间和空间上划分为内部塌陷和地表塌陷两个密不可分的阶段。内部塌陷阶段是土洞发育与扩展即覆盖层岩土体逐渐 缓变过程，土体的破坏为拉张破坏与剪切破坏相复合的混合破坏方式；地表塌陷阶段是土洞扩张导致地表土体破坏塌落的突变过程，土体破坏为剪切破坏或拉张破坏，不同的破坏方式将在地表形成不同形状的塌坑。     

单层土体结构岩溶土洞的形成机理

岩溶土洞是岩溶区工程路基施工中的主要地质灾害。本文首先对广西桂林阳朔高速公路雁山段、西气东输二线工程广西贵港段两个典型工程路基单层土体结构的岩溶土洞进行详细剖析,然后通过室内模型试验、崩解试验的验证,研究岩溶土洞的形成机理。结果表明:单层土体结构的岩溶土洞发育是先从基岩面逐渐往地面发展,在发展过程中,对于较厚的土层,岩溶土洞的发育与扩展分为3个阶段:(1)基岩面附近的土洞形成与地下水位的承压状态和地下水位初始下降速度密切相关,土洞的形态主要以缝(洞)的形式出现,规模较小,多形成于土体中的裂隙面或非均质部位;(2)在地下水包气带(季节变动带)土洞的扩展以崩解为主,规模较大;(3)近地表(垂直渗入带)土洞扩展机制以上部降雨入渗、洞顶剥落为主,崩塌块体较大。      

岩溶塌陷临界土洞高度的确定--以唐山市体育场岩溶塌陷为例

土洞的产生和发展是岩溶塌陷的基础和前提,临界土洞是土洞发展的最终阶段,以临界土洞为界,岩溶塌陷在时间和空间上划分为内部塌陷阶段和地表塌陷阶段。内部塌陷阶段是土洞在覆盖层土体内部的发育扩展阶段,土洞顶板土体的破坏形式类似于地下洞室洞顶围岩的破坏。根据地下洞室普氏平衡拱理论,建立覆盖层土体的天然平衡拱高度,即临界土洞高度公式,并以唐山市体育场岩溶塌陷为例,对该公式进行验证评价,计算所得塌陷的临界土洞高度与实际情况相符合,误差仅为4.3%。     

黔北岩溶台地粘性土－碎石层土洞发育特征及地基处理

贵州珍酒厂技改工程建筑汤地位于岩溶台地上,第四系为粘性土－碎石层,发现土洞３０个。从钻探和探井对土洞揭露表明,汤地土洞存在两种类型,一种是潜蚀作用形成的竖井状类型土洞;另一种主要是受粘性土－碎石层结构性质控制发育的非竖井状类型土洞。从土洞类型着手,根据地基强度要求,对不同类型土洞采取了相应的处理措施。      

岩溶土洞演化及其数值模拟分析

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。土洞在水的作用下发育演化最终形成塌陷,可通过地下水位的变化来研究土洞发育和塌陷的形成。同时土洞的演化会造成覆盖土体不均匀位移和应力重分布,可通过覆盖土体位移和应力变化来进行研究土洞演化过程。采用FLAC3D三维有限差分程序,分析覆盖层垂向位移场表明:最大垂向位移出现在土洞顶部,使拱顶出现拉张破坏,并可根据洞顶土层位移的数值模拟结果,划分“等沉面”确定土洞扰动的土层深度。分析覆盖层剪切应力场表明:在土洞拱趾部位出现剪应力集中,会造成拱趾的剪切破坏,并可根据洞顶“剪应力低值区”,判断覆盖层中土拱效应的存在。分析覆盖层塑性区表明:较为坚硬的黏土层中,土洞以拱顶塌落和拉张破坏为主,最终可以形成坑壁较为陡直的桶状或坛状塌坑。土层较为松散时,以拱趾的剪切破坏为主,最终可以形成锥碟形塌陷坑。利用“剪应力低值区”,“等沉面”和“塑性区”可综合判断土洞的稳定性以及覆盖层所能形成的极限土洞大小。岩溶土洞演化规律及数值模拟研究对岩溶塌陷（土洞）早期监测和评价有着重要的理论及工程意义。      

广西武宣土洞发育水动力条件评价

本文分析了武宣土洞发育的地质背景、水动力诱发土洞的过程,在理想条件下,建立了土体渗透破坏形成土洞的管道流机理模型,根据管道流理论,分析得出土洞发育水动力条件表达式。通过自行设计的管道流测试仪装置,进行管道流模拟试验,计算得出研究区土洞发育的临界切应力为21.20 Pa。运用电子扫描电镜技术,测试研究区孔隙等效直径为31.6 nm,计算得出研究区土洞发育的临界水流为0.530 cm/min。对比临界水流和现场监测的实际地下水流,评价土洞发育的可能性。结果表明,目前情况下,地下水流未达到临界值,不具备引起黏土流失形成土洞的水动力条件。     

河床透-阻型岩溶塌陷形成机理

岩溶塌陷具有突发性,隐蔽性等特点,往往会造成重大灾害。为了预测岩溶塌陷的模式及可能性,以某地区河床塌陷为研究对象,对区域内河床透-阻型盖层岩溶塌陷的形成机理进行分析;并基于潜蚀—失托-重力致塌理论,建立土洞力学模型,对岩溶水位下降时土洞的抗塌系数进行初步评价;进一步采用FLAC~(3D)数值模拟对计算结果进行验证。研究结果表明该地区河床塌陷为地下水潜蚀作用下形成的土洞塌陷,土洞稳定性与土洞高度、土体物理力学性质、水动力条件变化等因素相关。也表明河床岩溶塌陷往往在附近地下抽排水初期以及土洞形成初期就会发生,一般先于两岸阶地的地面塌陷,可作为大范围岩溶塌陷发生的前兆。     

也论覆盖型岩溶地面塌陷机理

为了更好地给覆盖型岩溶地面塌陷的处置和防治提供理论依据,根据可溶岩上覆盖层物质成分、地质结构及其物理力学性能的差异,首次将覆盖型岩溶地面塌陷机制区分为沙漏型、土洞型和泥流型3种类型。砂性土层分布区,由外界因素的触发导致沙颗粒向岩溶通道和溶洞漏失而产生的地面塌陷现象称为沙漏型塌陷。重力和岩溶提供的有效空间是产生沙漏型塌陷的必要条件,地下水作用加速了沙漏型地面塌陷发生,缩短了塌陷发生的过程。发生在黏性土和密实砂性土层中、由于土洞洞顶拱效应失效而产生的地面塌陷现象称为土洞型塌陷; 天然土洞通过地表水侵蚀与地下水潜蚀作用、砂土漏失和软土流失等3种方式形成; 土洞的形成和发展时期内洞顶上方土体是稳定的,在外部因素触发而导致洞顶拱效应失效时才发生地面塌陷; 土洞型塌陷具有隐蔽性和突发性的特点。由软弱土体流失而产生的地面塌陷现象称为泥流型塌陷。泥流型地面塌陷是软弱土体向溶蚀通道和溶洞中流失的结果。岩溶地面塌陷的触发因素包括地下水作用(垂直和水平渗流、土/岩界面处地下水位频繁波动)、外加荷载(动荷载和静荷载)和土洞顶板抗力降低(顶板强度降低、厚度减薄和结构破坏)等方面。这些外因触发了岩溶地面塌陷的发生。     

地史过程中烃源岩有机质丰度和生烃潜力变化的模拟计算

在同时考察源岩中有机质因生、排烃而损失和无机质因成岩作用而失重的基础上，模拟计算了地史过程中，随有机质类型、初始有机质丰度、成熟度及排烃效率的改变，烃源岩有机质丰度和生烃潜力的变化，探讨了有机碳恢复系数及生烃潜力损失率的可能变化范围。结果表明，地史过程中，有机质生烃潜力和有机质丰度的变化主要取决于源岩的生、排烃效率，对性质偏差的有机质，有机质的实测丰度随演化程度的增高不降反升；而对位于高成熟阶段的优质有机质，有机碳的恢复系数可达2以上；随有机质类型变好和成熟度升高，生烃潜力损失率增高；一般情况下，有机质生烃潜力的恢复幅度比有机质丰度的恢复大得多。     

农田土壤固碳潜力研究的关键科学问题

农田生态系统在陆地生态系统碳循环中扮演着重要的角色。增加农田土壤有机碳的固定不仅可减少大气CO2含量,而且对保障国家粮食安全具有举足轻重的作用。近年来评估土壤固碳潜力已成为国际科学界研究的热点和难点。但由于不同研究者对“潜力”范畴的界定不同,全球或区域尺度农田土壤固碳潜力的估算还存在很大的不确定性。所谓固碳潜力,即土壤碳的饱和水平或土壤所容纳碳的最大能力。这一能力受区域气候、土壤类型、农业管理措施的综合影响。故此,合理地评价固碳潜力,应综合考虑气候、土壤和农业措施诸因素,并将宏观尺度与微观尺度的研究结合起来。从固碳潜力概念范畴及研究方法出发,阐述了农田土壤固碳潜力的研究现状,并结合生物潜力和物理化学潜力的研究,提出区域农田土壤固碳潜力的计量方案,并就该研究领域亟需回答的科学问题进行了探讨。     

南海天然气水合物稳定带厚度及资源量估算

中国的南海一直被人们认为蕴藏着丰富的天然气水合物资源,综合中国南海的水深、地热梯度及底部水温等地质资料,运用VisualBasic.Net编程分析在该海域范围内天然气水合物稳定带厚度,讨论其分布特征,并以此来评估该区域的水合物资源量.结果表明当地热梯度为0.06℃/m,在区域1中可能存在天然气水合物,其稳定带的最大厚度可达400 m,天然气水合物分布较为规则,从外向内逐渐增厚.但在区域2中由于受到水深和地热等因素的影响不存在天然气水合物,此时天然气水合物的资源量约为0.55×104 km3;当地热梯度随机取值时,该区的天然气水合物资源量约为0.57×104 km3.通过对地热梯度取不同的值,估算得到在该研究区天然气水合物的资源量约为0.6×104 km3.      

人工边坡潜在滑动面研究——以广州科学城某人工高边坡为例

运用强度参数的改变对边坡破坏面形迹影响不明显这一特点,在数值模拟过程中通过改变岩体强度参数,有效地获取潜在滑动面的位置和形态,较好地解决了滑动面搜索的难题。将该法应用于广州科学城某人工高边坡稳定性的研究,在三维数值模拟过程中,将强度参数大幅度折减,计算后获得各剖面的剪应变增量图,从这些图中可获得潜在滑动面。这与人们通常将此类边坡的中风化面作为滑动面存在较大差别。将该滑动面运用极限平衡法进行计算,计算结果显示各剖面的安全系数基本都大于1.2,边坡稳定但仍需要加固处理,与三维数值模拟结果相一致。由此认为用这种分析法确定出的潜在滑动面合理、计算结果可靠,可作为搜索边坡潜在滑动面并计算安全系数的方法之一。     

位场各阶垂向导数的ISVD算法及其应用

位场垂向导数广泛应用于位场数据处理与解释当中,目前求取位场各阶垂向导数方法大致可以分为两类：①在频率域进行;②在空间域进行。针对这两类方法存在着稳定性较差的问题,这里介绍了计算位场各阶垂向导数的ISVD算法,并通过对单一地质体模型和地质体组合模型产生的布格重力异常进行处理分析,证明了ISVD算法在计算位场各阶垂向导数时,特别是在计算位场高阶垂向导数时,比在频率域及空间域计算结果具有较好的稳定性,ISVD算法能够有效地识别出浅层小尺度地质体边界。为了验证该方法对实际资料的处理效果,对某区块实际布格重力异常数据应用ISVD算法试算各阶垂向导数,结合地质背景等资料划分出断裂体系。结果证明,应用ISVD算法计算的位场各阶垂向导数,对于确定浅层小尺度地质体边界有较好的效果。     

基于上限定理的边坡潜在破裂面确定方法与稳定性判识研究

边坡潜在破裂面的确定与稳定性判识一直是岩土工程界研究的热点问题。将边坡潜在破裂面看成是由若干段组合而成的复合破裂面,并沿各段将边坡垂直条分为多块体,在假设边坡岩土体服从摩尔-库仑屈服准则条件下,根据极限分析上限定理,分别计算各块体外功率与内能耗散,并建立边坡稳定系数的多元函数。利用数学优化方法给出边坡稳定系数的最优解,可以方便地给出边坡潜在破裂面形状及其对应的边坡稳定系数。通过算例分析并与前人研究成果比较,结果表明：理论方法是合理有效的,可以用于边坡潜在破裂面的确定与稳定性判识。     

单一地层任意滑移面的最小势能边坡稳定性分析方法

边坡稳定性分析的准确与否是深基坑是否失稳的关键所在。目前常用的计算方法需对滑裂面形状进行假设,且计算过程复杂,往往导致结果精度降低。提出运用最小势能法进行深基坑边坡稳定性分析,不对滑裂面的形状进行任何的近似假定。在对简单的匀质任意滑裂面边坡进行理论分析基础上,通过计算实例进行验证,表明该方法所得计算结果与其他常用方法计算结果比较接近,验证了方法的有效性,而且最小势能法的计算过程非常简单,无需迭代。     

岩土本构模型的数学基础与广义位势理论

对于种类繁多的岩土材料的本构模型,认识其数学基础及假设以及相关的物理意义是深刻理解和正确使用它们的基础。在本文中,揭示了目前在岩土工程中现有的不同类型的本构模型的数学基础和假设及其联系;指出了其基本的问题是其中应力（应变）或者其增量是否为一有势场的梯度矢量。同时涉及到应力与应变及其增量的主轴是否相同;有势场的梯度矢量的旋度是否为零;刚度（柔度）矩阵是否对称及其秩是否为1等。还提出了广义位势理论：可以用唯一的势函数,也可以任意设立2个或者3个其梯度矢量线性无关的势函数,用它们的梯度矢量表示应力（应变）或者其增量及塑性应变增量,用简单的试验确定参数。对于具有极其复杂力学性质的岩土材料,广义位势理论为建立统一的岩土理论模型提供了基础。关 键 词：岩土本构模型;有势场;广义位势理论     

The relation between electric and redox potential: evidence from laboratory and field measurements

In field and laboratory experiments the relationship of redox, electric, and total potential was studied. This was carried out by using different arrangements of Pt and Ag/AgCl electrodes. The total potential is obtained by placing a Pt and an Ag/AgCl electrode at considerable distance apart on the rock. The studies indicate that the total potential yields the sum of redox and electric potential. Deviations larger than a couple of mV are caused by extensive fluid–rock interactions. In the laboratory it is seen that the magnitude of the electric potential is generally not larger than the artificially produced difference of the redox potential. The former is most likely attributed to a diffusion or membrane potential. At field scale the electric potential is designated as self potential. Redox potential measurements in the field may supply information from remnants of pore fluid of the rock and thereby may be suitable to support the exploration of concealed metal deposits. Detectable are in particular the fast H⁺ ions which are released by electrochemical reactions and transported by electromigration, both of which are attributed to the presence of the so called geobattery.     

贵州潜在倾倒式崩塌的识别指标

针对贵州省倾倒式崩塌的特点,选取对灾害发生具有控制性或影响较大的且易于在野外采集的因子(坡度、岩体结构、凹腔状态、主控结构面倾角、卸荷松弛、后缘裂缝贯通程度和基座软硬程度)作为识别指标。基于岩石工程系统RES方法,通过人工神经网络BP模型构建指标相互作用关系矩阵,研究指标间相互作用对潜在崩塌稳定性的影响,确定评价指标的权重,并就评价指标对整体稳定性的重要程度进行排序,旨在为潜在崩塌的野外简易识别奠定基础。研究发现,岩体结构、后缘裂缝贯通程度对潜在倾倒式崩塌的影响很强。