岩土层含水量分层监测系统的研究及应用

开发为地质灾害预测预报所需用的岩土层含水量和渗透力测试仪,并和气候雨量、地质灾害成灾规律联系起来,是我国地质灾害监测预报发展的趋势。岩土层含水量分层监测系统是采用TDR（Time Domain Refiectometry）技术原理、方法研制的仪器,通过波导棒探针发射的电磁波射入岩土层,测量电磁波脉冲从波导棒的起点传播到接收末端的反射电压值,此反射电压值与岩土体本身含水量介电常数有函数关系,经过计算转换为测点岩土体积含水量,实时测量和采集地质灾害岩土层含水量和渗透力参数。介绍了该监测系统的基本原理、主要技术参数、监测工艺技术方法以及现场应用情况。     

DZ-1型地质灾害土层含水量监测仪系统的研究与应用

高强度降雨和岩土层含水量过高是山体滑坡等地质灾害的主要诱因，为了更好地对这类地质灾害进行有效预测预报，研制了DZ-1型地质灾害土层含水量监测仪，介绍了该监测仪的工作原理、主要构成、技术性能、监测工艺技术及实际应用效果。     

FDR型岩土多层含水量监测仪的研究

岩土层含水量的变化是诱发滑坡、泥石流地质灾害最为重要的因素之一,以往采用的张力计法、电阻法、中子法、电容式、γ—射线法、光学测量法和TDR法等测量原理,分别存在精度不高、对人体危害大或受天气影响大和电子线路造价昂贵等缺点。而FDR型滑坡体岩土层多层含水量自动监测仪采用电磁波频域反射（简称FDR）管式含水量传感器进行监测,通过含水量无线通讯采集监测仪进行远程数据采集并无线传输。滑坡体岩土层多层含水量自动监测仪具有体积小、测程大、响应速度快、灵敏度高、精度高、耐腐蚀和抗潮等特点,推动了地质灾害预警监测技术的进步。     

时域反射仪在监测青藏高原活动层水分变化过程中的应用

时域反射仪（ＴＤＲ）是一种利用电磁脉冲方法,根据电磁波在土层中的传播速度测试不同土层 的介电常数,接介电常数值可获不同土类在冻融状态下的未冻水含量和总体积含水量．ＴＤＲ仪可在 野外环境下无破损地测得融土和冻土的液态水含量,尤其是能测出不同负温下冻土中未冻水的变 化．该仪器最适用于测量均质细颗粒土的体积含水量,经与烘干称重法对比,ＴＤＲ仪应用在青藏高 原上不同融土类所测含水量值的误差范围：粉土和细砂为±２．５％,粘土和亚粘土为±３．０％,砂砾石 土和碎石土为±５％．经过反复的野外实践证明,用 ＴＤＲ仪测上层含水量具有简便、快速及稳定等 优点,是值得推广的方法．根据青藏公路沿线８个场地埋置的ＴＤＲ仪和地温仪所获的一个年周期的 水、热资料（１９９７．８～１９９８．７）,分析了高原活动层在冻融过程中温度场和水分场的耦合所导致的水分迁移及水分场重分布的规律     

时域反射技术测量海洋沉积物含水量的研究

时域反射技术(TDR)已被广泛应用于农业、地学等领域的水体分布特征研究。经实验发现,当沉积物孔隙水的盐度高于约0.5%时,利用传统的TDR探针无法测量沉积物的含水量。通过对TDR探针进行改进,发现加套管的TDR探针可以测量高盐分沉积物的含水量。观测了向干砂中加入盐度为0、0.5%、2%和3.5%溶液过程中介电常数的变化情况,初步建立了此种情况下沉积物的介电常数与含水量间的经验关系式。这一研究将为TDR在海洋沉积物含水量和水合物饱和度测量等方面的应用提供新的方法与思路。     

TDR测定土壤含水量的标定研究

探讨了TDR测定土壤含水量的原理,并对黑河上游阿柔试验样地取土样进行了土壤体积含水量测定的室内标定试验,得出相关性较好的TDR测定土壤体积含水量的关系式.结果表明:通过室内土样同填建立的,TDR测定的体积含水量与土壤实际含水量相关性很好,可以利用TDR精确的测定土壤含水量,为黑河遥感项目提供精确的地面土壤水分数据,为遥感反演和验证提供基础数据.所得到 的标定结果对于具有相同土质的黑河中游土壤具有参考价值.     

HS-Ⅱ型岩土层含水量自动监测仪的研究与应用

为监测岩土层含水量的变化,预警地质灾害,中国地质科学院探矿工艺研究所研制了HS-Ⅱ型自动监测仪.本文介绍监测仪的电容式水分传感技术、构成、原理和施工方法及其应用实验.监测仪对实验区进行的多点分层测试表明,该仪器监测数据可靠,工作正常,符合自动化和实时化的监测技术要求.     

柴油污染砂土中体积含水量TDR测试研究

摘要为了研究柴油污染砂土体积含水量的快速测试方法,通过向砂土中人为掺入不同比例柴油,配制成不同污染程度的有机物污染土,并通过对受柴油污染的砂土进行TDR测试,探讨一定干密度下砂土介电常数与砂土含水量和含油量之间的关系。试验结果表明：当砂土中只含有去离子水或孔隙液为去离子水与柴油混合液时,TDR反射波形随着含水量的增加有明显延迟现象,计算得到介电常数随含水量的增加而增大;当砂土中只含有柴油时,TDR反射波形随着含油量的增加只有小幅延迟,计算得到的介电常数亦随着含油量的增加而增加;TDR测试可用于快速检测柴油污染土的污染程度。     

探地雷达测定地基土含水量的实验研究

利用室内模型槽,采用探地雷达开展了测定地基土含水量的室内实验研究。通过对探地雷达反射波法测定的介电常数和烘干法测定的含水量之间的曲线拟合,提出了实验用粉土的含水量与介电常数之间的经验公式。与实测含水量的对比分析表明,Topp公式在一定含水量范围内有良好的适用性,而本文提出的经验公式较Topp公式具有更宽的含水量适用范围和更高的预测精度;针对不同类型土建立相应的含水量和介电常数之间的经验公式是必要的,将有助于提高探地雷达测定地基土含水量的精度。     

冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究

在冬小麦主要生育期(2002年4月初到5月底),对不灌溉的冬小麦测定了冠层温度、地温、气温以及土壤含水量,计算了冠气温差且分析了冠层温度和冠气温差与不同土层厚度的土壤含水量相关关系。结果表明:14:00的冠层温度能较好地反映20cm土层的土壤含水量变化,但与其它各土层相关性有较大的波动性;14:00的冠气温差能较好地反映40cm以上土层的土壤含水量变化,二者的相关性很高,在20cm、40cm土层,两者相关系数R2分别为0.98866、0.99389,这为用区域遥感数据反演主要生育期冬小麦的冠气温差进而监测区域40cm土壤含水量提供了实验性的依据;拔节期和灌浆期,用14:00冠气温差来拟合各土壤层的土壤含水量有较高的精度,从而为用区域遥感数据监测区域土壤含水量提供了经验性的模型。     

广州金沙洲岩溶地面塌陷地质灾害成因分析

广州金沙洲是岩溶地面塌陷危害较严重的地区之一,至目前已发生塌陷24个,主要集中分布在某高铁隧道两侧,与隧道垂直距离小于400 m;塌陷的形成与发展与金沙洲地质环境条件脆弱、高铁隧道施工抽排地下水有很大的关系。调查表明,金沙洲北东向断裂构造发育,隐伏灰岩见洞率60 %～76.9 %,线岩溶率最大达52.58 %,部分地段灰岩上覆土体厚度小于15 m。金沙洲某高铁隧道施工期间多个时段排水强烈,排水量达2 000～3 000 m 3 /d,导致地下水位剧烈波动,并引发了20多个岩溶地面塌陷,而在隧道施工之前及在隧道施工不抽排水的个别时段,区内均无塌陷发生。上述岩溶塌陷发育特征表明,脆弱的地质环境条件是金沙洲岩溶地面塌陷的内在因素,而高铁隧道施工抽排地下水则是岩溶地面塌陷的直接诱发因素。     

TDR测定喀斯特地区石灰土含水量的标定研究

土壤含水量是气候、水文、土壤侵蚀等研究中的一个重要参数.TDR法因具有方便、快速、精确且不扰动土壤等优点而得到广泛应用,但因受土壤质地、容重、温度等物理因素的影响而必须对其进行标定.本研究采用室内标定(壤土)和田间标定(粗、中、细质土以及三者的组合)相结合的方式,对用TDR法测定的喀斯特地区不同质地石灰土含水量进行了标定.结果表明:(1)TDR法测定的土壤含水量比烘干法测定值要小,两者最大绝对偏差在室内标定条件下为10.6%,田间标定为12.2%;相应的相对偏差最高分别可达60.3%和32.8%.因此,必须在使用前对TDR进行标定.(2)标定后TDR法测定的土壤含水量精度明显提高,平均绝对偏差低至1.4%~3.1%;室内标定曲线精度略低于田间标定曲线.(3)不同质地组合的TDR法土壤含水量标定曲线的标定精度较高(平均绝对偏差为1.5%~2.6%),可用于不同质地土壤含水量标定.本研究结果可用于修订校正研究区及类似区域TDR法测定土壤含水量的结果.     

TDR detection of nonaqueous phase liquids in sandy soils using the eigendecomposition method

In this study, the presence of nonaqueous phase liquids (NAPL) in sandy soils are detected using a TDR probe system and the eigendecomposition method of analysis. As a demonstration, five NAPLs with different physicochemical properties (acetone, benzene, heptane, trichloroethylene, and xylene; Table 1) were used. Samples were prepared in such a way that the soil pore fluid has different contents of deionized water and NAPLs. For each experiment, a pulse signal with known characteristics was used and reflected signals were captured by an oscilloscope and analyzed using the eigendecomposition method. Autoregressive modeling and singular value decomposition were used to calculate the eigenvalues. The most significant eigenvalues were identified based on their power spectrum. The relative eigenvalue of the first mode (Eow), which is a measure of the power carried by the signal, was calculated and correlated to NAPL type and content, and octanol water partition coefficient (log Kow). The results indicated that for the same NAPL content, as log Kow increases, Eow decreases due to increase of hydrophobicity. For the same log Kow, as the organic content in soil pore fluid increases, Eow increases due to decrease of dielectric properties of the pore fluids.     

江西省婺源县地质灾害现状与形成机制研究

婺源县是具有悠久历史的古县,也是江西省著名的旅游胜地.本文对其地质灾害现状与形成机制作了深入研究,为有计划地开展地质灾害防治,减少灾害损失,保护人民生命财产安全提供了技术依据.     

基于高密度电阻率法的惠阳约场塌陷灾害研究

结合地质资料和水文工程地质条件，以高密度电阻率法为基础建立研究体系，依据电性特征详细分析惠阳约场地区可溶岩埋藏特征，确定导致塌陷原因的同时预测具有潜在塌陷危险的区域。由于该区可溶岩为早石炭纪石磴子组灰岩、结晶灰岩、大理岩和白云质大理岩，分布广泛并被第四纪松散堆积物所覆盖，其塌陷灾害主要诱因为岩溶地质作用，研究37条测线的55个断面，预测并固定隐伏灾害点47处，强溶蚀区39处，强溶蚀落水洞5处。针对岩溶发育程度的不同，以区、带、段三个层讨论地基稳定性．戋嵋分可溶岩和非可溶岩分布区。     

应用遥感技术研究吉林省的地质灾害

利用遥感技术对吉林省地质灾害进行了较详细的解译，共解译出128处滑坡，其中软岩滑坡66处，碎石滑坡50处，硬岩滑坡12处，解译出规模较大的泥石流126处，崩塌4处，沼泽化严重的地带百余处，对土地沙化，土地盐碱化，水土流失，水库淤积及河流改道等也做了较详细的解译，提出了各种地质灾害的形成条件及影响因素，滑坡，泥石流、崩塌的形成与地形坡度，岩土体类型，水网密度等关系密切，地震也可诱导滑坡产生，水土流失，水库淤积主要与地形坡度、植被覆盖率，岩土体类型及水网密度有关，河流改道是第四纪地壳运动的区域性断块隆起和凹陷，或断裂的相对升降运动，或地壳上升运动的差异性所致，土地沼泽化、土化盐碱化主要形成于排水不畅地带，对不同类型的地质灾害提出了相应的防治对策。     

Numerical simulation on mining-induced water inrushes related to geologic structures using a damage-based hydromechanical model

A large number of statistics indicate that water inrush has a direct relationship with geological structures such as fault and karst collapse columns. Understanding the mechanism of water inrushes controlled by geologic structures is of vital importance for adopting effective measures to prevent their occurrence. The work begins with formulization of a damage-based hydromechanical model based on elastic damage theory. Next, the model is numerically implemented with finite element method by employing a finite element package called COMSOL Multiphysics, and is also validated against some existing experimental observations. Finally, the model is used to simulate the mining-induced groundwater inrushes when the effect of faults and karst collapse columns is considered in the numerical simulation, and some suggestive conclusions for preventing water inrushes and optimizing underground mining operations are drawn.     

基于高密度电法的天然边坡水分运移规律研究

地下水是滑坡变形与失稳的重要影响因子,目前关于天然边坡水分运移过程的研究多借助传感器监测或数值模拟,但尚不能充分满足无扰、快捷的测量要求。针对该类问题,以天然边坡为研究对象,利用高密度电法结合时域反射技术,通过测量边坡土体含水率与电阻率,构建两者的对应关系,据此反演并分析边坡介质地下水的分布特征及迁移规律,验证高密度电法技术在探究天然边坡水分运移规律的有效性。现场试验结果显示:研究边坡土体含水率与电阻率呈明显对数关系;该边坡有效入渗或蒸发深度为2 m,大于该深度范围内,边坡土体含水率随深度增加逐渐减小;中雨强度下埋深为1.3~2.0 m范围内土体含水率激增的主要原因在于后缘裂缝的优势流补给;边坡高含水率(低电阻区)与低含水率(高电阻区)过渡区与后期滑坡滑动面位置高度吻合。     

基于灾情数据的新疆雪灾的评估与区划

选取1955-2017年新疆因雪灾造成的牲畜受灾数量、作物受灾面积、经济损失三大灾情数据,揭示新疆雪灾时间和空间分布特征,通过构建雪灾灾损指数,对新疆雪灾进行区划。分析表明：新疆雪灾的发生北疆多于南疆,山区多于盆地,西部多于东部,主要集中发生在阿尔泰山区、天山山区及昆仑山区,灾情最重的是阿勒泰地区、伊犁地区、塔城地区;进入2000年以后,雪灾呈现明显高位震荡特点;利用多指标综合评估法,运用连续型随机变量分布密度近似求法,求得的新疆雪灾灾损指数,能客观反映新疆雪灾灾情;雪灾灾损指数遵从Γ分布,根据Γ分布函数属性及各类雪灾事件发生概率,进行了新疆雪灾等级区划。研究成果可为决策服务及气候可行性论证提供理论依据,对科学准确地制定防灾备灾措施、及时组织开展雪灾应急救助工作以及灾后的恢复重建决策给予一定参考。     

层次分析法在太行山区地质灾害危险性分区中的应用

层次分析方法是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法。是解决类似地质环境问题的这种目标结构复杂且又缺乏系统资料的研究问题的一条有效途径。地质灾害的发生与其所处的背景条件密切相关。当一种地质灾害具备了产生的内在条件并与适当的外在诱发条件相结合，即构成它产生的充分必要条件。否则，它具有一定的潜在危害性。论文采用层次分析法通过对河北省太行山地区地质灾害主要影响因素的分析，以滑坡、泥石流、崩塌、水土流失等为计算样本。计算出各地质灾害影响因素对计算样本的影响权重，并通过计算机进行网络剖分、因素叠加，计算出单位面积的单灾种评价指数和综合性评价指数，用以表征整个地区地质灾害的危险性。