风暴潮作用下黄河水下三角洲斜坡稳定性研究

斜坡失稳是河口海岸环境中典型的灾害地质现象之一,其对采油平台、海底管线和电缆的危害性是巨大的。本文以黄河三角洲地区埕岛油田典型海域为研究对象,通过地球物理探测和工程地质钻探获取了10m深度范围内海底土体的分层情况和各土层的物理力学特征,利用GEO-SLOPE/W软件对其水下斜坡的稳定性进行了定量计算。结果显示,极端海况下,水下斜坡表层土体存在产生滑移破坏的可能。另外,对该区海底斜坡失稳的机理进行了探讨,认为风暴潮引起的巨浪是其主要诱因。     

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。     

矩形位移模式下被动桩砂土绕流的模型试验研究

被动桩桩周土体易发生绕桩流动,但绕桩流动土体的位移特征及其影响因素迄今还缺乏深入研究。采用自主研制的模型试验装置,对矩形位移模式下砂土绕圆形被动桩流动过程进行详细测试与分析,研究了桩径、加载速度及土体密度对砂土的特征位移和桩身受力的影响。试验结果表明,砂土绕桩流动过程可分为迎土侧土体隆起、桩周土体绕流和背土侧土体沉陷3个阶段。桩径或土体密度越大,桩周砂土越不易发生绕桩流动;桩周土体移动速度越大,则越易发生绕桩流动。分析结果进一步表明,土体滑动面的位置可根据桩身绕流阻力曲线的拐点来判断,在土体滑动面以上,模型桩绕流阻力沿桩长沿深度大致呈线性增长,其值始终小于沈珠江绕流阻力理论值。     

琼东南盆地华光凹陷大型海底重力滑动系统特征及其成因机制

海底重力滑动系统研究对认识海底斜坡稳定性和深水沉积过程具有重要意义.南海北部琼东南盆地华光凹陷上中新统及其以上地层中发育一个大型的自南向北滑动的海底重力滑动系统.利用区域二维地震资料,查明了该大型海底重力滑动系统的地震相和发育特征,探讨了其可能的形成原因.该海底重力滑动系统由伸展域、过渡域、收缩域、滑动面和软弱层等5个要素构成;其发育演化可划分为晚中新世前重力滑动、上新世同重力滑动和第四纪后重力滑动等3个阶段:前重力滑动为物质准备阶段,水道复合体沉积于半深海泥质斜坡之上,为重力滑动提供物质基础;同重力滑动为重力滑动系统发育的主体阶段,沉积物披盖在强烈变形而产生的地形上,同时也发生一定程度的变形;后重力滑动为重力滑动系统萎缩阶段,沉积物逐渐将重力滑动产生的凸凹地形填平,并继续沉积.斜坡地形和高沉积物供给是海底重力滑动系统发育的基础;基底断层活化和底辟作用可能是触发其发育的动力源.      

海底泥流的流变试验及强度模型

海底泥流是海底斜坡发生失稳滑动后,经复杂的水土交换作用演变成的稀式海底滑坡体,表现出土体和流体的双重特征,而现有的测试方法难以获得低剪切应变率下连续变化的强度值,不能很好地揭示其综合强度特性。利用新型全流动贯入仪和RST流变仪,对模拟海底泥流在不同剪切应变率下的流变和强度特性进行了多组试验研究,并基于试验结果分析了不排水剪切强度、屈服应力和表观黏度与含水率的相关性。基于剪切稀化理论,提出分阶段拟合模式来描述海底泥流从低剪切应变率到中高剪切应变率的流变关系;通过多种常规流变模式拟合结果的对比分析,显示出新流变模式的适用性和优势。考虑强度软化的影响,建立了全剪切应变率范围内海底泥流的不排水剪切强度模型,为海底泥流运动过程的数值模拟和灾害评价提供科学依据。     

青藏高原多年冻土区斜坡稳定性研究进展

青藏高原多年冻土区斜坡失稳是伴随着青藏公路建设和运营过程中出现的一种灾害性的地质现象，其中以热融滑塌最为显著。本文根据斜坡失稳时所处的环境以融滑塌为例，提出了冻融循环过程中流塑状粉土沿厚层地下冰面滑动的滞水润滑效应的形成机理；通过相似模拟试验，可以看出，垂直于坡面的变形主要表现为融沉变形和部分冻胀变形；建立了温度场、变形场的数值模拟模型，分析了坡体不同深度在冻融循环过程中的位移变化规律，得出冻土斜坡位移主要发生在浅部的结论。最后指出目前研究存在的主要问题及进一步的研究方向。     

青藏高原多年冻土区热融滑塌变形现场监测分析

为了了解青藏高原多年冻土区K3035里程热融滑塌体的变形特征,分别在未滑动土体、近滑塌前缘滑体中布设了2个变形监测孔,利用Geokon-603型测斜仪实施了近1 a的变形监测。结果表明,发育在平缓斜坡上的热融滑塌具有明显的变形特征,其位移主要发生在土层浅部,越往深部,位移越小,这一监测结果通过室内数值模拟得到了验证。将阳坡的K3035热融滑塌与阴坡的K3057热融滑塌体的变形做了对比监测,无论是滑塌体后缘还是前缘,前者的滑动变形均显著大于后者。而无热融滑塌发育的斜坡(青藏铁路DK1139)土体变形量极小,这种差异一方面说明了开挖是导致热融滑塌发生的直接因素,另一方面,由于热融滑塌的影响,其后缘相对稳定的原斜坡土体也处于相对较大的蠕变变形之中。     

地震作用下黄土斜坡失稳及运动过程的离散元模拟

在山区,地震诱发滑坡造成的人员伤亡往往占到地震总伤亡人数的一半以上,尤其是在黄土地区,由于地震造成的黄土滑坡具有运动距离远等特征,其灾难性更严重。针对地震诱发黄土斜坡的失稳峰值加速度、临界位移和运动距离等问题,本文利用离散元（PFC）方法,通过对室内三轴实验的应力-应变曲线进行标定和高精度航拍三维地形数据进行转化,以宁夏海口村黄土斜坡为研究对象,开展三维地震作用下斜坡失稳破坏和运动过程的数值模拟研究。通过监测不同位置在地震作用下的应力分量,计算监测点的p、q值并与室内三轴实验所得到p-q破坏线进行比较,获得斜坡破坏过程中的应力路径。结合颗粒的监测位移,获得斜坡失稳破坏的临界位移,得出该黄土斜坡失稳峰值加速度为0.135 g,临界位移为50 cm。同时根据不同地面环境条件,预测了在不同摩擦系数下斜坡失稳后的危害范围,为黄土地区边坡工程的抗震设计及防震减灾工作提供一种新的可视化方法。     

四川省眉山天府新区熊家湾滑坡形成机理研究

2020年8月16日,四川眉山天府新区发生强降雨过程,高家镇鹰头村8组熊家湾发生缓倾顺层岩质滑坡,方量约42万m³,基于调查访问、现场勘探和无人机航飞摄影,对滑坡的形貌及变形特征、岩土结构、运动过程进行了勘查,对滑坡的变形过程、形成机理进行了分析。研究表明:斜坡岩土结构及地形地貌为滑坡提供了基础条件,强降雨为滑坡启动提供了诱发条件;斜坡在重力及水压力作用下沿层面发生推移式缓慢启动-剧烈滑动-匀速滑移-减速滑动-停止滑动的过程,变形过程伴随应力的聚集到释放,滑体的破碎导致水压力释放对滑坡破坏的最终停止起到控制作用。该滑坡运动和破坏模式较为典型,研究成果对其他类似顺层岩质斜坡失稳机理研究具有借鉴意义。     

甘肃永靖黑方台4·29罗家坡黄土滑坡的特征

2015年4月29日上午,甘肃省永靖县盐锅峡镇黑方台滑坡高频发区的党川村罗家坡同一斜坡处连续发生了2次大规模黄土滑坡,总体积约65×10~4m~3,最大滑距630 m,摧毁14户居民房屋和3家工厂.通过现场详细调查、取样试验、1∶500地形测量、滑坡影像、视频等资料分析,对灌溉引发的罗家坡黄土滑坡的特征、滑动过程、形成机理进行了探讨.结果表明:第1次滑坡经过近2 a变形过程,整体突然失稳,高速远程滑动;第2次滑坡变形时间仅3 h,分块逐步滑动,滑动历时长而过程复杂,总体为低速远程滑动.高陡的地形和强度低、水敏感性强的土体是滑坡发生的基础,黄土台塬区长期农业灌溉是引发因素,大量水体入渗形成了20余米厚的饱和软弱基座,使抗剪强度降低,导致斜坡失稳滑动.黄土滑坡高速远程滑动的主要原因是滑坡剪出口位置高,滑动势能大,释放条件好,剪出口下部陡坡段为主要加速段;前方有开阔的滑动空间且有一定坡度、平缓的滑道;滑体底部饱和软弱黏性土在滑道上持续产生超孔隙水压力、液化等低摩阻效应,是远程滑动的润滑剂.同时,两次滑体间还存在冲击加速和能量传递作用.     

海底滑坡海啸的颗粒流耦合模型

海底滑坡的运动可能引发海啸,破坏离岸设施,威胁海岸带安全。国内外关于海底滑坡引发海啸的研究方兴未艾。采用Mih颗粒流模型控制具弱黏聚力的砂土滑坡运动,利用两相流模型计算岩土体-水体相互作用及RNG湍流模型控制水体运动,构建了基于颗粒流模型的海底滑坡海啸全耦合数值分析方法。通过简单水槽水下滑坡案例进行了海底滑坡海啸全过程研究。数值分析再现了变形滑体的不均一运动、密度分异流动、水滑机制和以波谷为典型特征的涌浪波等典型海底滑坡及海啸现象,这表明数值模型具有有效性。许多海域（包括中国南海北部）都存在弱黏聚力和无黏聚力的水下滑坡,该数值方法值得推广和进一步研究完善。     

二元结构库岸边坡失稳机制试验研究

水位升降条件下库岸边坡变形失稳问题是水库建设中必须考虑的重要安全性问题。二元结构是库岸岩土体的一种特有结构,其变形破坏失稳有特殊的力学机制及规律。为揭示库岸边坡处于不同坡角及不同土岩界面倾角条件下的失稳机制,尤其是水位变化条件下库岸岩土体浸润线的分布及演化特征,文章通过构建水位升降条件下的二元结构库岸边坡物理实验模型,借助监测及摄影的技术手段观测边坡土体内浸润线及岩土体变形破坏特征,揭示二元结构库岸边坡的变形失稳机制。研究结果表明:二元结构库岸边坡在水位升降条件下整体坡角的改变会引发不同的变形破坏模式:55°边坡以垮塌失稳为主,35°边坡稳定性较好,45°边坡易发生由坡脚破坏牵引的局部失稳;土岩界面倾角对边坡稳定性也产生较大影响,较大的倾角易于引发坡体沿土岩界面发生滑动失稳。本研究结果可为揭示二元结构库岸边坡失稳致灾机制及有效防治提供借鉴。     

海底滑坡链式灾害研究进展

我国海洋能源开发已步入深远海域,面临的深海地质灾害问题也日益凸显,尤以海底滑坡最为典型,一旦发生将会形成链式灾害,严重危害水下基础设施的安全。本文聚焦“滑坡形成→运动演化→冲击设施”这一链式灾害过程,首先梳理了不同触发因素作用下海底滑坡的形成机制,进而论述了海底滑坡的运动过程及不同演化阶段的判识标准,分析了滑坡运动演化过程中环境水与土体的耦合作用机理,提出了适用于中小尺度运动演化过程的流固耦合分析方法,并探讨了当前海底滑坡运动演化过程试验模拟技术和原位监测手段的适用范畴与技术瓶颈;进一步地,针对滑坡冲击海底管缆等水下基础设施问题,评析了海底滑坡冲击效应的量化评估方法和研究手段。最后,指出当前海底滑坡链式灾害研究存在的不足和未来的发展方向,以期为海底滑坡地质灾害链的模拟、预测和预警等提供重要参考。     

基于连续-离散耦合的边坡稳定性分析研究

以河北省某露天铁矿边坡为工程背景,采用连续-离散耦合数值分析方法,对典型边坡断面进行分步开挖,结合强度折减法,计算分析坡体的变形规律和受力特征。连续、离散网格区域分别采用有限差分FLAC和颗粒离散元PFC进行建模,着重从连续-离散模型的数据一致性,剪应变增量的形成、发展与局部位移的关系,连续-离散介质受力与位移过程,离散体细观破裂与坡体塑性变形等方面,对边坡稳定性的耦合分析方法进行研究,从宏观和细观角度对边坡的失稳机制进行了较为全面的探索。结果表明：（1）计算过程中坡体应力和位移在连续域和离散域保持了较高的一致性,连续-离散耦合分析方法适用于边坡稳定性研究;（2）作为边坡失稳判据的剪应变增量变化过程主要受岩土体水平位移控制;（3）细观破裂机制可有效表征边坡的宏观塑性变形;（4）土体颗粒接触力链的方向改变是土体位移和变形的驱动因素。     

煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响

煤层底板变形破坏除受地质因素控制外,还受开采因素影响。通过试验和理论分析,系统研究了煤炭开采对回采工作面底板应力、应变和破坏及渗透性的影响。研究结果表明,不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,在微裂隙闭合和弹性变形阶段,岩石的原生孔隙和裂隙容易被压密,岩石的渗透率随应力的增加由大变小明显,当应力增大至极限强度时岩石试件破坏形成贯穿裂隙,岩石的渗透率迅速增大至最大,不同岩性岩石存在一定差异性;随着回采工作面推进,煤层底板岩层在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、采动矿压直接破坏区和底板岩体应力恢复区4个区。煤层底板岩体的渗透性随着煤炭开采底板岩体变形破坏而呈规律性变化。      

Global mass wasting during the Middle Ordovician: Meteoritic trigger or plate-tectonic environment?

Mass wasting at continental margins on a global scale during the Middle Ordovician has recently been related to high meteorite influx. Although a high meteorite influx during the Ordovician should not be neglected, we challenge the idea that mass wasting was mainly produced by meteorite impacts over a period of almost 10 Ma. Having strong arguments against the impact-related hypothesis, we propose an alternative explanation, which is based on a re-evaluation of the mass wasting sites, considering their plate-tectonic distribution and the global sea level curve. A striking and important feature is the distribution of most of the mass wasting sites along continental margins characterised by periods of magmatism, terrane accretion and continental or back-arc rifting, respectively, related to subduction of oceanic lithosphere. Such processes are commonly connected with seismic activity causing earthquakes, which can cause downslope movement of sediment and rock. Considering all that, it seems more likely that most of this mass wasting was triggered by earthquakes related to plate-tectonic processes, which caused destabilisation of continental margins resulting in megabreccias and debris flows. Moreover, the period of mass wasting coincides with sea level drops during global sea level lowstand. In some cases, sea level drops can release pore-water overpressure reducing sediment strength and hence promoting instability of sediment at continental margins. Reduced pore-water overpressure can also destabilise gas hydrate-bearing sediment, causing slope failure, and thus resulting in submarine mass wasting. Overall, the global mass wasting during the Middle Ordovician does not need meteoritic trigger.     

常剪应力路径下含气砂土的三轴试验

天然气水合物完全分解时,产生的气体使得能源土孔隙压力急速增加,有效应力减小,进而引起土体液化破坏。此时深海能源土斜坡的应力状态与静力液化失稳过程可简化为含气土在常剪应力排水(或不排水)应力路径下的破坏问题。以此为背景,提出了制备含气砂土试样的改进充气管法,并开展了含气砂土的常剪应力路径三轴试验。22组试验结果表明:同一孔隙比的含气密砂在不同围压与常剪应力下具有相同的失稳线;含气砂土试样失稳时的应力比和体变均随初始相对密实度的增大而增大;含气密砂在常剪应力路径下饱和度对失稳特征影响的规律性在排水与不排水条件下均不明显,但在不排水条件下含气砂土的孔压(或体变)对变形的敏感性降低;含气密砂在常剪应力路径到达失稳点之后,排水条件下是瞬变的液化鼓胀破坏,不排水条件下是渐变的剪切破坏。     

Movement of radiocaesium fallout released by the 2011 Fukushima nuclear accident

The moment magnitude (M _w) 9.0 Tohoku-Oki Earthquake occurred on March 11, 2011, generating an unusually large tsunami. The seismic shocks and tsunami inundation severely damaged the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant. Radionuclide emission due to reactor breakdown contaminated wide areas of Fukushima and its surroundings. Heavy rainfall causes runoff across surface soil, and fine soil particles are susceptible to uptake by the flowing water. The high radioactivity of grains suspended in floodwater indicates that radioactive fallout was streamed into rivers in particulate form and transported downstream under high-flow conditions. Here, we investigated the diachronic mode of ¹³⁴Cs and ¹³⁷Cs in central Fukushima, through which the contaminated air mass drifted and caused wet deposition of radionuclides. Stratigraphic measurements of radioactivity in sediment cores is the method employed in this study to determine the basin-wide movement of ¹³⁴Cs and ¹³⁷Cs, to evaluate the significance of the erosion–transportation–accumulation processes on natural decontamination in terrain characterized by steep slopes and high precipitation. Stratigraphic results illustrate the process of fluvial sediment discharge, and the massive deposition of radiocaesium suggests basin-wide movement of fallout during concentrated rainfall. Grain suspension in torrential currents is an important pathway for transportation of radionuclides from land to sea, and the appearance of hotspots on floodplains and the offshore sea floor is the consequence of erosion and transportation under seasonal heavy precipitation. Radioactive horizons occur in offshore sediment columns and thus radiocaesium discharged from the estuary will persist forever under the sea floor if no artificial disturbance occurs.     

Till and moraine emplacement in a deforming bed surge - an example from a marine environment

The glacier Sefstrombreen in Spitsbergen surged across an arm of the sea between 1882 and 1886 and rode up onto the island Coraholmen. Marine and terrestrial geological observations and archive records show that the glacier advanced on a deforming carpet of marine mud which was eroded from its original location, transported, and smeared over the sea bed and Coraholmen as a deformation till. The glacier emplaced about 210⁸M³ (0.2 km³) of drift in the terminal 2 km of its advance in a maximum of 14 years, leaving a thickness of up to 20 m on Coraholmen, which was doubled in size as a result.During the surge, subglacial muds were characterised by high water pressures, low effective pressures and low frictional resistance to glacier movement. Original sedimentary inhomogenities permit fold structures to be identified, but repeated refolding and progressive remoulding produce mixing and homogenisation of deformation tills.The surge was probably shortlived, and as the heavily crevassed glacier stagnated, underlying water saturated muds were intruded into crevasses and then extruded on the glacier surface. Reticulate “crevasse-intrusion” ridges on Coraholmen and the sea floor reflect the orientation of surge generated crevasses. Water and sediment was also extruded beyond the glacier at its maximum extent, to form extensive flows producing “till tongues” both on Coraholmen and the sea floor extending over 1.3 km from the glacier.It is argued that subglacial deformation of pre-existing sediment will almost invariably be associated with glaciation of marine areas and that this process will not only produce deformation tills through remoulding of pre-existing sediments, but will also play a fundamental role in glacier dynamics. Criteria which permit glacial tills produced by such events from marine and glaciomarine muds are discussed.     

引水隧洞膨胀性围岩的稳定性分析

膨胀岩在实际工程中通常表现为围岩随时间的推移大量向洞室内塑性挤出或底板大量隆起,最终导致洞室支护和围岩产生裂损或破坏。山西万家寨引黄入晋工程南干线7号隧洞地层特点除砂岩与泥岩互层外,膨胀岩共有3～4层,且斜穿隧道。通过对隧洞开挖及支护过程应用考虑膨胀岩影响的粘弹塑性有限元进行分析,得出膨胀围岩对隧洞及支护结构的受力及稳定性的影响。建议在通水运行过程中密切监测其变形、应力应变、渗透压及外水压力的变化规律,以确保工程的安全运行。