川藏交通廊道雅林段水文地质结构控制的水热循环及隧道热害特征

川西藏东地区水热体系空间分布与川藏交通廊道布局关系的特殊性,使得隧道难以回避复杂多样的水热灾害.为系统分析工程面临的热害问题,对控制水热循环的水文地质结构进行辨识,辅以地球化学特征、钻孔温深关系解析,分析隧道穿越地热系统时可能遭遇热害的类型及灾变特征.活动性深大断裂与大型褶皱为区内重要控热构造,结合次级断裂、岩石富水性、热水出露特征,梳理出7类控制水热循环的水文地质结构;结合隧道与上述结构的空间关系、水热特征影响要素归纳出两大类、13小类的热害类型.典型案例分析显示康定1#隧道出口段、拉月隧道中段分别穿越折多塘温泉、拉月温泉水热系统排泄区,两段可能遭遇高温高压、突发性涌突水灾害.      

铁路隧道水热害不良地质体大地电磁场特征研究 ——以川藏铁路茶洛隧道为例

以川藏铁路茶洛隧道水热不良地质体大地电磁场特征为研究对象,利用大地电磁测深多测点-多频点阻抗张量成像分析,分解出电性主轴统计玫瑰图、频率分布云图、测点分布云图及构造维性参数等进行大地线性构造识别,利用精细二维反演技术推测地质结构特征,对不良地质体进行成像,为川藏铁路隧道选线提供地球物理参考。得出结论为：拟建隧道处大地构造二维性强,适宜开展二维大地电磁测深作为隧道水热勘察手段;通过查明研究区构造特征,推测出了研究区热泉群深部地热运移模式机理,且该热害影响茶洛隧道建设的可能性很小,只有在杂马岗-毛垭坝断裂与隧道位置交汇处存在一定规模的水害影响。     

川藏铁路高地应力隧道减灾选线

新建川藏铁路由于途径区域构造作用强烈地区,隧道建设中面临的高地应力问题将异常复杂,由此引发的岩爆和大变形成为制约川藏铁路高地应力隧道地质勘察和选线设计的重大难题.当隧道穿越工程地质条件极其复杂的高地应力区时,确定针对性较强的地质指标对岩爆和大变形危险性综合评价尤为重要.在综合分析岩爆和大变形主要影响因素的基础上,归纳总结了复杂艰险山区深埋长大隧道岩爆和大变形灾害的破坏特征及关键影响因子,并构建了完善的评价指标体系.基于此,结合层次分析法和熵权法,通过引入距离函数建立组合赋权规则综合反映主观权重和客观权重的影响,进而确定各个评价指标的权重系数,并依据理想点理论及计算规则,采用闵可夫斯基距离函数构建了川藏铁路高地应力隧道减灾选线模型.以新建川藏铁路某高地应力隧道为例,通过计算各里程段与理想点的距离,对3条线路方案进行岩爆和大变形风险评估的综合比选.研究结果表明川藏铁路某隧道CK线路总岩爆段落占比24.9%,其中不可控岩爆段落占比13.4%,分别比C1K和C2K线路低3.0%、9.1%;CK线路可能发生大变形的区段最少,且其发生中等和强烈大变形的区段分别比C1K、C2K线路低5.0%、5.3...     

川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题

川藏铁路位于大陆碰撞造山带,特殊的地质构造背景下,铁路沿线水文地质条件极为复杂,严重制约着川藏铁路规划建设和安全运营。为降低川藏铁路沿线重大工程水文地质灾害风险,从工程水文地质角度出发,结合基础地质和工程地质研究成果,阐述了川藏铁路雅安至林芝段重大工程水文地质问题,并提出下一步研究建议。研究结果表明：川藏铁路雅安至林芝段可能遭遇隧道高水压及涌突水问题、隧道高温热害问题、隧道排水影响生态环境3个重大工程水文地质问题;沿线发育多条区域性断裂带,控制着地层展布、水热活动和成矿带分布以及地下水循环演化,导致穿越断裂带的深埋长大隧道高压涌突水、高温热害及高矿化水等问题较为突出。沿线重大工程水文地质问题下一步研究工作主要为：开展高精度、多尺度的水文地质调查,把握重大问题的发育规律和致灾机制,构建精细的预测评价体系和主、被动相结合的灾害防控体系。     

川藏铁路雅安至林芝段水文地质条件初探

以川藏铁路雅安至林芝段勘察设计和施工建设的实际需求为导向,以遥感地质学和水文地质学原理为理论指导,采用人机交互解译与遥感信息计算机自动提取相结合的技术方法,开展了路线两侧各15 km范围内的1:5万水文地质遥感解译工作,初步查明了勘察区的水文地质条件,为川藏铁路雅安至林芝段勘察设计提供基础水文地质资料,有效地支撑服务了川藏铁路的建设.     

川藏铁路雅安至林芝段选线成套技术

川藏铁路雅安至林芝段,穿越横断山和念青唐古拉山等山脉,是我国乃至全球地形最为陡峻、构造最为活跃、气候变化最为极端的区域,给线路方案选择带来了前所未有的挑战.作者在探讨了影响线路方案选择的各类因素前提下,根据沿线工程环境特征,采用系统论方法、运用减灾选线理念,形成了川藏铁路雅安至林芝段选线成套技术,取得了以下结论:(1)...     

川藏铁路拉林段地应力特征及高地应力风险调控选线策略

随着我国铁路向青藏高原等西部山区延伸,长大深埋隧道越来越多,高地应力已成为对线路方案起控制作用的一类复杂地质状况,对其风险以在选线阶段就着手调控最为主动,但前提是能够对隧址区地应力状态定量评估.川藏铁路拉林段地应力实测数据表明,地应力结构以逆断型和走滑型为主;最大主应力方向分布于N19°W～N30°E之间.地应力随埋深...     

川藏铁路孜热—波密段泥石流灾害危险性评价

泥石流灾害是青藏高原地区最为发育的灾害类型之一,因其暴发突然、运动过程剧烈和破坏性强的特点而对川藏铁路工程建设和生命财产安全构成一定的威胁.地质灾害危险性评估是防灾减灾管理和防治环节中的有效措施之一,为合理量化线路沿程泥石流灾害危险性空间分布特征,研究以林芝市波密县境内的川藏铁路孜热—波密段为试验区,应用基于贝叶斯优化...     

川藏铁路交通廊道地质调查工程主要进展与成果

川藏铁路是我国正在规划建设的重点工程,由于其位于地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部,在铁路规划建设中面临一系列迫切需要解决的关键地质问题: 区域性活动断裂与断错影响、地质灾害、高地应力及其引起的岩爆和大变形、高温热害、断裂带高压水与涌水突泥、高陡边坡稳定性等。为满足技术支撑川藏铁路规划建设、精准服务国家重大战略实施的需要,中国地质调查局部署了“川藏铁路交通廊道地质调查工程”,聚焦制约川藏铁路规划建设的关键问题,充分发挥地质调查工作对国家重大工程规划建设的支撑作用。2019年主要完成铁路沿线1:5万区域地质调查1 350 km²、1:5万地质灾害调查5 000 km²,建设6口大地热流地质参数井、8个地温监测站,完成地应力测量20孔,编制完成11份地质调查专报,提出的大渡河大桥段、理塘车站段、毛垭坝盆地段等线路优化建议/防灾建议被采纳; 首次将1:5 000大比例尺航空物探技术引入复杂山地铁路工程勘察,创新形成千米级超长水平钻孔定向取心钻进技术,实现500 m深的水平孔地应力测量突破等。该工程通过2019年调查研究,全力提升了铁路沿线地质调查程度与精度,并创新了复杂艰险山区重大工程地质问题与探测技术、地质灾害风险防控理论与减灾关键技术,有效支撑服务了川藏铁路规划建设。     

川藏铁路3000 m水平定向钻井技术方案

川藏铁路设计多条超长深埋隧道,且多处于高海拔、高陡斜坡及雪线以上的无人山区,地形险峻,起伏大,交通条件差。沿隧道轴线的水平定向钻井为隧道勘察提供了一种有效的勘察手段。结合工程及地层特点,从钻井设备、工艺等方面,为超长隧道勘察提供了一种3000 m级水平定向钻井技术方案。方案明确了井身结构、全面钻进和长钻程取心钻进工艺、钻井液措施及部分复杂情况应对措施。以较少的钻探工作量,为隧道勘察提供更加详细的实物地质资料,真实反映隧道内的地质情况。     

基于SBAS-InSAR技术的川藏铁路澜沧江段滑坡隐患早期识别

早期识别是实现地质灾害防灾减灾的有效途径之一,然而复杂地形区滑坡的早期识别一直是个难题,尤其是位于高山峡谷区的滑坡隐患点。为了全面准确地获取川藏铁路澜沧江段的滑坡隐患,采用SBAS-InSAR技术,通过Sentinel-1(升轨)和RADARSAT-2(降轨)数据结合互补的方式,对川藏铁路澜沧江段进行滑坡隐患早期识别。解译结果显示2018年8月至2020年2月研究区LOS向的形变速率分别为-58~21 mm/a(升轨)和-42~16 mm/a(降轨),转换后的斜坡向最大平均速率达到-128 mm/a。基于升降轨数据的斜坡向形变结果,识别出川藏铁路澜沧江段的113处滑坡隐患点,其中存在4处滑坡隐患密集区以及13处典型滑坡隐患点,进一步分析了两处重点滑坡隐患的形变特征和滑移机制。本次研究结果对于川藏铁路线路选定以及澜沧江大桥上、下游的防灾减灾具有一定指导作用,不同轨道数据结合互补的方式为川藏铁路沿线的高山峡谷地区的滑坡隐患早期识别提供参考。     

川藏铁路孜拉山区片麻岩蠕变特性及本构模型研究

川藏铁路孜拉山区片麻岩分布广泛,岩石各向异性特征显著,深埋隧洞修建时围岩变形直接影响隧洞稳定及加固措施。为揭示川西—藏东孜拉山区片麻岩的蠕变特征,开展了三轴压缩蠕变试验,发现了一种裂纹异常扩展现象,在叠加原理的基础上通过绘制等时应力-应变曲线确定长期强度。基于Burgers模型建立一种更符合工程实际的蠕变本构模型,采用麦夸特算法和全局优化算法进行参数辨识。结果表明:同一围压条件下,试样瞬时应变增量随应力等级增大而变小,发生硬化现象;片麻岩试样在蠕变特性中表现出因微观结构各向异性而引起裂纹异常扩展的现象,在衰减蠕变阶段其蠕变速率因裂纹异常扩展而骤增;长期强度随围压增大而增大,与常规三轴试验条件相比,长期强度分别下降59.8%和21.3%。本研究构建的改进的Burgers模型更加符合实际情况,所得到的试验力学参数可为工程建设及灾害防治提供科学依据。     

中低温热储及其井中热场

中低温地下热水有着广阔的开发利用前景.其成因及赋存规律的研究,是合理勘探、开发的基础.本文从地层、构造及水文地质条件入手,根据地热传导原理,研究了传导型热储的发育条件,划分了主要热储类型.在此基础上,对井(孔)中热场及井液温度变化规律进行了分析,给出了井液温度分布曲线及井液温度变化与地层的对应关系.这一成果,对勘探开发地下热水有积极的指导意义.     

川藏铁路交通廊道某大型古滑坡成因及失稳模式分析

川藏铁路沿线地形地貌复杂,构造活动强烈,地质灾害频发,其中古滑坡复活问题是威胁川藏铁路建设和运营的严重隐患之一。位于四川康定市的某古滑坡体,距原规划的川藏铁路大桥仅100 m,通过工程地质测绘和钻孔勘探,分析该古滑坡的发育特征与成因机制;并利用二维有限元软件,对古滑坡可能的失稳模式进行预测。结果显示:古滑坡边界清晰,滑坡体积约118万m ³,主要沿基覆界面滑动,局部变形破坏强烈;发育多级拉张裂缝;天然工况与降雨工况下处于稳定状态,地震工况下处于不稳定状态;潜在破坏部位为边坡中部碎石土堆积体后缘,滑动面即沿着碎石土与全风化岩体的接触面,一旦复活将严重威胁铁路大桥的运营与安全。     

川藏铁路雅安—林芝段典型地质灾害与工程地质问题

川藏铁路是中国正在规划建设的重点工程,穿越地形地貌和地质构造都极为复杂的青藏高原东部。铁路沿线活动断裂发育、地震频发,新建铁路雅安—林芝段直接穿越或近距离展布于龙门山断裂带、鲜水河断裂带等10条大型区域性活动断裂带,部分断裂活动速率值达10 mm/a,潜在强震危险性高。在内外动力耦合作用下,铁路沿线地质灾害极为发育,密集分布于大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江和雅鲁藏布江及其一级支流、活动断裂带和公路沿线,其中高位远程滑坡及链式灾害、深层蠕变-剧滑型滑坡、地震滑坡等灾害危害严重,成为了铁路建设的“拦路虎”。铁路沿线处于以水平构造应力为主导的高地应力环境,穿越华南主体应力区、龙门山—松潘应力区、川滇应力区、墨脱—昌都应力区和喜马拉雅应力区等5个大的一级构造应力区;雅安—康定段最大主应力方向为NWW—NW向,并向林芝方向呈现NNE向偏转,地应力在平面和垂向空间上表现为强烈局部差异性,如折多山某隧道地应力测试结果揭示了在垂向上存在应力释放区。在高地应力条件下,铁路沿线深埋隧道潜在围岩岩爆和大变形危害风险大。铁路建设应加强活动断裂安全避让、重大地质灾害早期识别和监测预警、深埋隧道地应力和岩爆大变形超前预测预报等工作,科学指导铁路选线与防灾减灾。     

川藏铁路西藏昌都段生态保护重要性评价

生态系统服务功能与生态系统敏感性是衡量生态系统质量及实现高质量生态文明建设的重要依据。川藏铁路沿途跨越多个自然地理单元,生态环境保护是铁路规划、建设及运行过程中面临的关键问题。以川藏铁路西藏昌都段为研究对象,采取资料分析与野外调查结合的手段,运用生态评价模型对研究区的生态系统服务和生态脆弱性进行分析,并基于研究结果对铁路途经区域的生态保护重要性进行评价。结果表明,当前昌都境内川藏铁路涉及的生态保护极重要区、重要区和一般重要区占比分别为42.19%、52.69% 和5.12%。评价结果有助于在铁路规划、建设及运营过程中对工程活动进行合理布局,有针对性地降低对生态系统的负面影响,达到社会经济效益和生态效益双赢的目的。     

基于虚拟现实技术的川藏铁路地质灾害易发区减灾选线优化:以洛隆车站为例

铁路沿线频发的滑坡泥石流灾害,对山区铁路建设与安全运营造成重大影响。在山区铁路选线过程中,如何科学规划铁路线位和工程方案,真正把铁路地质灾害问题解决在成灾之前,实现科学防灾减灾,已成为国内外学者关注的焦点问题。提出一种基于虚拟现实技术(VR)的铁路地质灾害易发区减灾选线场景仿真系统,利用CAD、Sketch Up等软件制作三维地形环境模型,进行铁路沿线滑坡泥石流灾变演化仿真分析;基于Unity3D平台,应用3Ds Max、Photoshop等软件完成研究区的虚拟铁路场景模型搭建,通过网页版的UI交互设计,实现虚拟铁路场景的三维可视化体验;以新建川藏铁路洛隆车站为例,采用该方法建立了多种线路方案优化。结果表明:所建立的虚拟现实场景系统具有很好的可视性和较为流畅的交互性,可充分展示研究区铁路建设及运营安全的可行性。     

生态地质研究进展与展望

生态地质学是研究生态系统与地质环境之间关系的一门交叉学科,对国土空间生态保护修复工作有重要理论支撑作用。我国生态地质研究工作虽然经过了多年的发展与积淀,但时至今日生态地质学仍然处于研究和探索阶段。鉴于此,基于前人的大量研究,总结了国内外生态地质研究进展: 国际上,俄罗斯建立了生态地质学研究体系,美国发起的地球关键带研究是与生态地质研究十分契合的主题; 在国内,生态地质研究主要着眼于”生态-地质”相互作用过程与机理以及地质环境影响下的系统性生态修复研究。在此基础上,提出了生态地质学涵义及其研究内容、方法技术创新及学科体系构建思路,以期为服务山水林田湖草沙整体保护、系统修复、综合治理和生态地质系统深化研究提供借鉴。     

基于岩爆危险性评价的川藏铁路某深埋硬岩隧道线路方案比选研究

川藏铁路穿越区域地形起伏大,区域地质构造作用强烈,隧道建设中面临的高地应力问题异常复杂,特别是深埋硬岩隧道中的岩爆灾害问题,成为制约选线、设计乃至施工建设的难题。由于隧道工程地质条件复杂,如果岩爆评价指标针对性不强,往往会造成评价结果与实际偏差较大。通过综合分析影响岩爆的关键因素,选取岩石单轴抗压强度与洞壁最大主应力比、洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比、岩石强度脆性系数、岩石弹性能指数及岩体完整性系数建立了岩爆评价指标体系。根据熵权法确定各指标权重,基于理想点的基本理论及计算规则,构建了一种岩爆危险性评价模型。通过计算各里程段与理想点的距离,对新建川藏铁路某隧道的3种线路方案进行岩爆风险评估的综合比选。研究结果表明B线路总岩爆段落占比24.9%,其中不可控岩爆段落占比13.4%,比另外两条比选方案低4%左右,综合对比B线路为最优方案。该方法可为深埋硬岩隧道地质综合选线提供必要的科学依据和技术支撑。