基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

基于多源数据和先验知识约束的复杂地质体三维建模研究

三维地质模型可以直观的展现地下地质情况,对传统地矿行业的转型升级和城市规划建设都具有重要意义。针对复杂地质条件下三维模型的构建,笔者等提出了一种基于多源数据和地质先验知识约束的三维地质建模方法。以成都市为例,基于MapGIS10.0 软件三维地学建模模块,在DEM数据、数字地质图、综合地质剖面图、钻孔数据、物探解译数据、构造纲要图等多源数据,以及地质体展布形态、产状和厚度变化,断层性质、延伸方向、产状变化、对地质体的错切,褶皱类型、形态特征、两翼产状变化等地质先验知识的共同约束下,开展复杂地质条件下三维地质模型构建研究。笔者等详细介绍了复杂地质体三维建模数据源的准备、建模流程与方法、模型的构建与可靠性分析。认为采用分块建模技术可有效降低复杂地质体三维模型构建的难度,提高建模效率,实现模型的无痕拼接,且易于后期模型的修改完善。本次基于多源数据和地质先验知识约束,采用分块建模技术首次构建了成都市三维地质模型。笔者等通过地质先验知识（地质规律）和静态数据（可视化和抽稀钻孔数据）对模型的可靠性进行了分析,其中抽稀钻孔数据分析采用未参与建模的真实钻孔对三维地质模型中地质体埋深和分层厚度进行误差计算,获得地质体埋深误差均值为33.15 m,分层厚度误差均值21.37 m,认为模型的可靠性较高,可为成都市城市规划和重大工程选址提供重要的基础地质数据支撑。     

化学改性联合真空预压法加固吹填土试验分析

通过开展室内真空预压模型试验和微观测试,针对黏粒含量较高的吹填土,探讨分析了化学改性联合真空预压法的加固效果及其机制。结果显示：经过化学改性后,吹填土的液限及塑性指数显著降低,渗透系数明显增大;此外,微观测试结果显示,经过化学改性后,改性外掺剂与吹填土颗粒间发生复杂的化学反应,吹填土颗粒表面附着大量的难溶物,使其表现为典型的团粒结构,孔隙直径明显增大,土体的渗透性显著提高;与常规真空预压法相比,化学改性联合真空预压法处理吹填土的加固效果得到大幅度的提升,其中排水量最大提升幅度达17.6%,表层沉降量明显增大,加固后土体十字板剪切强度最大提高69.0%。该研究为改进真空预压法的技术发展提供了理论依据。     

三向地震作用下叠交隧道地震响应振动台试验研究

叠交隧道是涉及隧道之间、隧道与土体相互作用的复杂体系,其安全性将严重影响城市轨道交通建设。目前,对于叠交隧道振动台试验的研究集中在水平平行和交叉叠交隧道、单向和双向地震动输入。鉴于此,利用自行设计的层状三向剪切模型箱,对竖直平行叠交隧道开展三向地震作用下的振动台模型试验,研究地基土−叠交隧道模型体系动力特性、地基土加速度、叠交隧道加速度、地表沉降、地基土孔压、叠交隧道动土压力及叠交隧道应变等地震响应。结果表明：随着震波峰值加速度（peak ground acceleration,简称PGA）依次增加,地基土−叠交隧道模型体系的自振频率随之减小,而阻尼比随之增大;叠交隧道周围地基土加速度和孔压的梯度差随着地震波PGA的增大而增大,且上隧道周围梯度差比下隧道更大;地基土对加速度的放大效应随着地震波PGA的增大而减弱;相同地震波作用下,相同位置处的叠交隧道加速度傅里叶谱形状相似,但幅值随着地震波PGA的增大而增大。此外,与顶部和底部位置相比,腰部位置加速度傅里叶谱频段范围变宽,幅值峰值有所降低;地表沉降峰值随着地震波PGA的增大而减小,相比地基土两侧位置,中心位置的沉降峰值明显较小;地震波的类型对叠交隧道动土压力峰值和应变峰值影响较小;对于动土压力峰值,两隧道的最大值均为腰部,而上、下隧道的最小值分别为底部、顶部;对于应变峰值,上隧道在腰部明显大于顶部和底部,而下隧道在4个位置相差不大。     

水汽补给下砂土冻胀量与微观结构参数关联研究

水汽补给可诱发砂土填料的冻胀。基于自主研发的水汽迁移和冻胀试验仪,研究了气态水补给下砂土含水率、温度和冻胀量变化规律;利用体视显微镜对冻结过程中砂土微观结构变化特征进行了研究,结合灰色关联理论分析了宏观指标冻胀量与微观参数之间的关联关系。结果表明：在水汽补给下砂土会发生明显冻胀,冻结 7 d 时冻胀量达到 3.45 mm。砂土经历冻胀后,大孔隙面积占比增加、中小微孔隙面积占比降低,孔隙数量占比变化趋势与面积占比相反,孔隙丰度值变化不大,孔隙定向角在各区间分布趋于更加均匀,孔隙定向概率熵整体呈震荡上升趋势,孔隙分形维数呈下降趋势。此外,利用灰色关联理论,建立了宏观参数冻胀量与平均孔径等微观参数之间的关联关系式,进一步揭示了水汽补给下砂土冻胀的微观机制。     

北极冰间水道区域的物理过程和遥感观测研究进展

冰间水道是海冰区在风力和洋流作用下形成的线状断裂带。总结了冰间水道区域海洋—海冰—大气相互作用的物理机制和水道遥感的研究现状。冰间水道是极区海洋与大气间水热交换的重要窗口,是冬季产冰析盐和夏季融冰产生淡水的重要场所,也是极区动物赖以生存的栖息地和迁徙通道。利用水道与浮冰之间在反照率、表面温度、发射率和粗糙度等性质上的差异,可通过光学、红外和微波等多种遥感手段来识别和提取水道。随着北极海冰厚度的减小和季节性衰退的提前,波弗特海的水道宽度、面积和出现频率均呈现增加的态势。在北极海冰不断减少的态势下,未来需要结合现场和遥感观测重新评估水道表面能量收支及其对区域能量平衡的贡献,更准确地认识其在北极气候变暖放大效应中的作用。     

兰州城市典型区段地质环境承载力评价及国土空间开发利用建议

以兰州市城关区伏龙坪为研究对象,在充分收集和调查分析区域地质环境条件、自然地理等资料的基础上,采用层次分析法（AHP）,将自然地理环境及地质因素、人类工程活动、社会经济等评价要素和16项评价指标结合起来,建立阶梯层次结构模型,选取适宜的权重指标,构建矩阵,最后运用ArcGIS 平台进行空间分析,对研究区（伏龙坪）地质环境承载力进行综合评价,将伏龙坪划分为地质环境承载力高、中等、低三个区域,认为伏龙坪台塬北部望垣坪、东四沟一带为地质环境承载力中等—低区,应划定地质环境红线,实施整体搬迁后纳入兰山公园等景区进行“一体化”规划,从根本上解除生态本底脆弱、地质灾害点多面广和人地矛盾突出等问题;台塬东西两侧斜坡体及中部、南部后街社区一带为地质环境承载力中等区—高区,两侧斜坡可进行生态景观方面的开发建设,中部、南部台塬可在拆迁的基础上逐步整合开发;伏龙坪西南部缓坡区为地质环境承载力高区,有较大的承载空间,可打造人文生态景观,最大限度发挥土地利用率。     

地质条件及埋管形式对地埋管换热器换热性能影响研究

利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d, Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。     

基于复杂网络的珠江流域片极端降水空间特征及时间规律分析

研究极端降水特征和演变规律对流域防灾减灾具有重要意义。采用长期逐日高分辨率卫星降水数据,结合统计显著性检验构建无向网络和有向网络,分别编码极端降水的连接与传播,以珠江流域片为例,分析极端降水的空间特征与时间规律。结果表明：西江流域有最大的极端降水发散源和汇聚地,红水河、黔浔江、左江交界处度中心性大于0.5,韩江流域和东江上游平均传播距离超过400 km,根据最大5%聚类系数辨识出五大流域极端降水中心;空间上,存在韩江流域、东江流域、珠江三角洲中心,长安-桂林场次中心来自柳江流域中心,海南岛中心对珠江流域片有传入影响;时间上,极端降水主要在5月下旬至6月上旬从珠江流域片向韩江流域、东江流域和珠江三角洲中心传入,在6月上中旬从韩江流域、东江流域、珠江三角洲和柳江流域中心向红水河、柳江、黔浔江及左江交界处传出。     

鄂尔多斯盆地西南缘上奥陶统平凉组碎屑岩锆石U-Pb年龄及物源分析

运用碎屑锆石LA-ICP-MS U-Pb年代学分析方法,探讨分析了鄂尔多斯地块西南缘奥陶系平凉组沉积期的物源环境。结果表明:①平凉组凝灰质砂岩中的碎屑锆石U-Pb年龄大致包含3组:第一组为早古生代的407~477Ma,峰值为454Ma,占总体的72.5%;第二组为中—新元古代的588~1548Ma,峰值为962Ma,占总体的22.5%;第三组为古元古代的1612~2496Ma,占总体的5%。②集中在407~477Ma年龄组分指示其物源主要来自于祁连—北秦岭岛弧杂岩带,588~1548Ma和1612~2496Ma的年龄组分反映的物源主要来自于北秦岭造山带,祁连造山带和华北板块基底。③锆石年龄谱综合分析,平凉组碎屑沉积物质来源复杂,具有明显的多源性,指示晚奥陶世平凉期的沉积环境应属于祁连—北秦岭岛弧杂岩带与鄂尔多斯地块西南缘之间的局限残留边缘海盆地。