浅谈城市地下空间开发中的关键科学问题与创新思路

城市地下空间开发是提高城市土地利用率,扩大城市容积率,增强城市综合承载能力,缓解交通拥堵,解决环境污染及洪涝灾害等“城市病”,促进城市可持续发展的重要途径。概述了目前我国城市地下空间开发中存在的问题及危害,分析了城市地下空间开发中涉及地下建筑结构与地质结构系统的关键科学问题：地质结构要素间的多场耦合作用机理不清;地质结构系统动态平衡的动力学机制不明;地质结构与地下建筑结构的互馈机理仍需深入探索;地下建筑结构的灾变机理及其演化的动力学机制不清;地下空间工程的灾害预测与动态调控机制有待深入研究。最后提出了相应的创新思路：研究施工扰动下地质结构的多场耦合作用机制与边际效应以及地质结构与地下建筑结构在多场耦合作用下的互馈机制和综合系统的动力学过程,概化其力学模型;厘清内外动力作用对地下建筑结构的边界效应及材料性能劣化机制,破解复杂地质结构环境下地下建筑结构灾变机理及演化过程,建立地下建筑结构与地质结构综合系统的灾变理论;建立城市地下空间工程灾害超前判识、预警预报与风险控制理论及安全防护理论体系,形成地下空间工程的防灾减灾机制。     

论新时代我国城市地下空间高质量开发和可持续利用

开发利用城市地下空间,开辟城镇化发展新资源,是解决城市病、改善城市生态环境、优化城市空间结构、提高城市韧性的重要途径。本文深入分析了新时代中国城市地下空间开发利用的现状,认为存在冒进式开发与总体供给不足、碎片化利用与协同规划缺位、被动式应对与科技支撑薄弱、无序化管理与法律法规匮乏等若干紧迫问题,明确了“立法为本、规划引领、调查先行、管理智能、科研支撑”的开发利用原则,提出了全面开展城市地下空间调查评价、尽快建立地下空间协同规划体系、加速构建地下空间智慧管理体系、超前布局地下空间科技发展战略、尽早健全城市地下空间法律法规等五个方面的具体对策建议,充分利用中国体制上的优势,集成国际城市地下空间开发利用先进的理念和技术,从而推动我国新时代城市地下空间产业快速发展、科技水平不断提高和地下空间体系日趋完善,在全球树立城市地下空间资源可持续开发利用的典范。     

基于GIS评价活动断裂对公路的影响——以宁夏地区为例

为了查清活动断裂对公路的影响,总结了宁夏地区9条全新世活动断裂的基本特征和活动性,确定了评价和预测活动断裂对公路工程影响的指标体系,并建立了分级标准。采用优先排序法对指标进行筛选和优化,运用主成分分析法确定权重,选用多级模糊综合评判法建立了评价模型。以ARCGIS9为平台,建立了宁夏地区活动断裂空间数据库,运用矢量叠加运算实现了宁夏地区活动断裂对公路影响的现状评价,运用栅格叠加运算实现了宁夏地区海原活动断裂带对公路影响的预测评价。预测结果表明,宁夏地区对公路影响大的海原活动断裂面积为12.34 km2,占全区总面积的1.0%;影响较大的为271.28 km2,占总面积的21.4%;影响中等的为400.05 km2,占总面积的31.6%;影响小的为585.04 km2,占总面积的46.0%。     

黄土坡体节理发育特征和空间分区与边坡稳定性

通过现场调查分析了黄土坡体节理发育特征,节理走向与边坡倾向呈大角度斜交,节理走向受边坡倾向的控制。根据对斜坡不同区域受力分析,台塬区土体主要受到湿陷拉张作用,在斜坡地带土体主要受水平卸荷所产生的推力作用,把斜坡区节理发育分为湿陷节理发育区、拉张节理发育区、挤压节理发育区和开挖卸荷节理发育区。最后,对有无节理边坡进行了稳定性计算,计算结果和理论分析一致。      

黄土拉伸试验及其破裂过程仿真分析

Q3黄土的单轴拉伸试验表明,黄土的抗拉强度值很小,在拉张应力作用下会发生突发性的脆性破坏,断裂面粗糙,且基本垂直于拉应力方向。借助数值分析软件RFPA,对黄土的整个拉张破裂过程进行了仿真分析,捕捉到了黄土在拉张应力作用下内部裂纹的扩展与演化过程。结果表明,黄土的拉张破裂过程可以分为两个阶段,即线性变形阶段和裂纹的形成、扩展与贯通阶段。黄土体内部裂纹的萌生、扩展及贯通会在很短时间内完成,即黄土在拉伸应力作用下的破坏是突发性的,属于脆性断裂。单轴拉伸试验结果与数值仿真分析结果具有较好的一致性。     

大型天然黄土洞穴系统现场冲刷试验

摘 要:通过现场冲刷试验,结合勘探、调查及室内含泥率测定等手段对大型天然黄土洞穴系统的三维空间展布特征、水文特性及侵蚀特征进行了研究。结果表明:黄土洞穴系统侵蚀过程具有明显的期次性;洞穴过水流量过程曲线可分为增加阶段、相对稳定阶段和减小阶段三个特征流量段,其中在第一阶段普遍存在滞流效应,第二阶段具有小幅波动的特性,并发现洞穴内的总渗流损失量随设计注水流量的增大而有所增加;根据含泥率随时间变化曲线,分析了不同流量过程段含泥率的变化特点,通过不同工况的累积侵蚀量对比发现洞穴的侵蚀速率与流量显著正相关。从机理上对产生上述过程、现象及结果的原因进行了合理解释,为黄土潜蚀机理及潜蚀速率的研究提供了可靠的现场试验数据。     

汶川大震的科学思考

在野外地震地质科学考察的基础上,围绕汶川地震发震断层的特征、发震机制、地表破裂带的分段性与分带性、南北构造带地震危险性、地震地质灾害的多发性及链生性、工程建(构)筑物的破坏特征与安全性、地震烈度区划问题及极端自然灾害的预测与应对等进行了分析和讨论,并就有关问题提出了一些新的思考.结果表明,低速滑动断层、晚更新世断层或中央活动断裂也可以发生强震;汶川地震同时具有深部构造的控震作用;地表破裂沿走向可分为映秀-安县段、北川-关口段及青川段;地表破裂可分为主破裂、牵动破裂与感应破裂3种类型;青川段的深部破裂与浅部破裂没有几何上的连续关系或继承关系;贺兰-川滇南北构造带是中国大陆强震多发带,尤其是其北段的六盘山-天水-武都-青川一带未来的强震危险性不容忽视;汶川地震地质灾害具有灾害类型多、成因机理复杂、灾害链长、规模大、范围广、灾害程度深、危害对象广、持续时间长等特点;高烈度区和活断层沿线的地质灾害危险性区划与预测评价对防灾减灾极为重要;活动断裂沿线应注意破裂影响带宽度与建筑物安全避让距离;应对地震等极端自然灾害,应以预防为主,综合减灾;地震烈度区划应同时考虑活动断层的复发周期、地震的离逝时间乃至地形地貌条件;重大工程应提高设防烈度;应当加强极端自然灾害预测评估,完善应对对策和提高应对水平.     

山西清徐县地裂缝灾害现状及类型分析

研究了山西省清徐县平泉村武家坡村地裂缝地质灾害的现状和主要特征。清徐县平泉村至武家坡村等7个村庄自2002年春天出现地裂缝以来,其灾害呈现日趋加重的趋势,给当地村民的生产及生活带来了极大影响。经过对平泉村至武家坡村地裂缝的现场实地调查,认为清徐县平泉村-武家坡村地裂缝的分布情况复杂,影响带的宽度从3m左右到100多米不等,凡位于地裂缝带内的大部分建筑物都遭到了破坏。地裂缝带内的地面变形形式有陡降型和缓降型两类,其中位于陡降型变形带上的建筑物破坏最为严重。地裂缝引起建筑物的破坏主要有墙体开裂、地面倾斜、地基下沉、楼梯断裂、门窗变形等多种形式。清徐地裂缝目前仍处于活动阶段,这种活动趋势还将持续一段时间,建议地裂缝带内的村民应尽快搬迁,并限制其在地裂缝带内的工程活动,以免造成更大的损失。     

区域非稳定动力学环境下的岩体松动效应

区域非稳定动力学环境下,长期的构造变形、重力卸荷以及地震动力作用的共同影响,可以导致岩体发生大范围变形、松动。松动岩体内发育大量的软弱结构面,且表现出整体破碎、松弛严重、透水强烈,张性节理裂隙发育、地表裂缝较发育、岩体地震动力破坏信息反映明显等特征。岩体的变形松动可以分为卸荷变形松动、倾倒变形松动、顺层滑移松动、断层控制松动、节理裂隙控制松动等5种模式。岩体的物理振动试验结果表明,地震动力是造成岩体松动的主因。数值模拟结果表明,在单纯自重应力影响作用下,松动岩体不会出现大面积的失稳破坏现象,但在地震动力作用下,松动岩体会发生大面积屈服破坏。     

西安地铁二号线沿线地裂缝特征、危害及对策

地裂缝是西安地区典型的地质灾害,对该地区的各类工程建筑、交通设施、城市生命线工程及土地资源造成威胁,尤其是对拟建的西安地铁二号线的施工与安全运营影响更大。本文首先介绍了西安地裂缝的基本特征,然后阐述了西安地铁二号线穿越地裂缝的基本情况。根据实际观测数据及地表累计活动量确定了地铁二号线穿越的各条地裂缝在不同时间段的活动速率及地裂缝活动的影响范围,在此基础上提出了针对地裂缝灾害的防治措施。