由工程事故反思论及生态地质工程学

在全球气候变暖、异常天气频发、全球性自然灾害严重和日益加剧的形势下,我国众多水电、核电等大工程快速上马的同时,也面临着生态环境影响、安全运营风险管理等诸多问题和挑战。这是一个极需深入思考、有待联合攻关解决的重大课题。需要从全国乃至全球角度出发,全方位、多层次、多学科,而不仅局限在某一部门或行业内,进行反复论证,以实现工程经济社会环境能源和资源复杂巨系统的和谐调控和可持续发展。在对众多地质工程事故及其有关灾害反思基础上,作者认为有必要从全球变化和可持续发展角度,系统总结以往工程失败或事故教训,建立交叉学科生态地质工程学,推动复杂巨系统的理论研究和工程应用。这样才能超出单纯工程选址安全性和岩土体稳定性评价的狭隘工程安全理念,更好地实现工程建设生态环境保护经济可持续发展的长远目标。     

泥质膨胀岩崩解物粒径分布与膨胀性关系试验研究

崩解性是膨胀岩最基本的特性之一,但在膨胀岩膨胀性的快速判别指标中少见关于崩解性及崩解物的定量指标。因此,有必要开展膨胀岩崩解物粒径分布特征和崩解性与膨胀性之间关系的研究,以对膨胀岩的快速判别进行补充。以浙江台州黑洞、蛇蟠岛和新疆大阪隧洞泥质岩样品为例,进行了干燥饱和吸水率和干燥饱和崩解试验,并分析了干燥崩解物粒径分布特征、耐崩解性指数及其与基于干燥饱和吸水率的膨胀性判别结果之间的关系。结果表明,膨胀岩膨胀性的强弱与其崩解物的最大含量粒组颗粒粒径、有效粒径和耐崩解性指数呈反相关关系。膨胀岩崩解物粒径分布的差异性对其膨胀性具有一定的指示意义。     

藏东南波密地区岩石风化速率及其影响因素分析

西藏东南部川藏公路波密路段分布着大量的地质灾害,其主要物源为松散堆积物,而风化作用对松散物质的形成起着重要的作用。通过对现场岩石及采于外地的岩石样品的连续观测,得出该地区岩石的风化速率的剥蚀(产屑)速率;与其他地区岩石的风化速率对比发现,该地区岩石的风化速率异常高。影响该地区岩石风化速率的因素主要为青藏高原隆升和温度的差异变化,其中由于温度的差异变化而导致冻融作用在该地区岩石风化中起着主要作用。     

从水井岩大型滑坡表面高温降解喷出物特征到汶川地震天然气体溢出爆炸模型

汶川大地震中XI级烈度区内水井岩滑坡现场等地爆炸声、特大型滑坡现场巨大环形坑和远距离抛射碎石等记录和现象,需给出科学解释。在地震发生后多次现场地质调查和走访、样品采集和多项分析测试及其结果比较等基础上,对主中央断裂F₂控制的下盘陈家坝水井岩大型滑坡体上环形坑周边不同距离范围内散落烧焦残留的硅酸盐和碳酸岩等采样后,开展了物质成分和微观结构分析。结果发现：与原生溶蚀灰岩、薄层煤岩结构和有机质成分不同,这些抛散在滑体表面的样品中富含经强烈高温作用的块石,一些成分以锰碳酸盐岩等为主的暗棕色样品中稠环芳烃是其经历过强烈热作用过程而使有机质发生环化芳构化反应的结果,即样品经过了强烈热降解作用,显示其形成时出现强烈热作用过程和高温裂解现象。结合本区地质构造特征和煤层气分布情况、地震后实施的汶川地震带深钻在穿越主中央断裂带F₂深度处监测到余震过程中甲烷含量异常增高、东河口地震遗址公园发现温泉及天然气溢出等资料和研究结果,讨论了地震诱发的富含甲烷的天然气爆炸,其加剧或伴生着地震次生地质灾害。由此推测：与碳质岩或煤系共存的喀斯特溶洞中封闭煤层气在地震过程中突溢和爆炸燃烧,叠加或放大了地震作用,结果在滑坡堆积体表面残留了多处环形爆炸坑,引发了一些岩块大规模长距离水平抛撒等。研究结果对监测和认识发震断层带在地震过程中天然气爆炸诱发和加剧滑坡灾害有重要意义。     

从南水北调中线文物与地貌关系看全新世以来沿线人聚居条件变化

早期先民聚居和活动遗址及古墓分布受地貌类型及其与河流关系影响,在跨流域不同地区表现关系如何?本文以沿伏牛山和太行山山前地带线性展布的南水北调中线干渠两侧各3 km宽度带为个案,研究干渠沿线唐白河、淮河、黄河北、滏阳河和海河等5个区段的362处文物分布随水系及地貌单元的变化。结果发现,干渠沿线先人多聚居在缓坡地和岗地,其次是冲洪积扇和微倾斜平原。石器时代遗址基本在大河二级支流、河流二级阶地上,高出河床10~20 m左右。文物总数与调查干渠线路长度大致成正比,沿线路分布密度约0.5处/km。淮河-黄河北区段文物较集中且新石器遗址数量与线路长度大致成正比,沿线路分布密度约0.2处/km;海河区段文物密度相对较低。不同时代(7个时期)文物占比表现出一些共性特征,如战国至南北朝文物占比最高的在黄河北和滏阳河区段,分别为30%和41%,而明清文物占比较高的为海河和唐白河区段,分别为32%和44%。战国后太行山山麓带渐变干旱,黄河以北海河以南的华北平原西部湖区与山麓之间聚居遗址增多。上述结果为南水北调中线干渠规划设计中合理避让、科学保护和适量发掘文物供了一定依据.     

丰源煤矿矿井涌水规律及控制因素分析

丰源煤矿位于新疆呼图壁县白杨沟内,井田开采历史较长,存在大量老窑水富集区,且紧邻白杨沟河,故煤矿主井长期面临涌水问题,对主井进行了近两年的排水,涌水量仍未见明显降低,推测主井与白杨沟河、老窑水之间存在较复杂的导水通道。对丰源煤矿及其邻区开展了构造地质调查、水文地球化学分析、地球物理勘探等工作,对矿井突水通道位置和范围变化等情况进行了空间动态连通性分析,基本查明了影响矿井涌水量的主要因素,即:(1)NE向的断层F_4、F_5有一定阻水性;(2)NW向、近EW向节理、断层密集带构成了区域的优势导水结构面;(3)塌陷坑及河道衬砌严重破坏段为拉张塌陷区,构成了地表水和浅层潜水的主要渗漏补给区。     

大亚湾花岗岩某钻孔雨季水位持续走高原因探析

作为弱含水层或找水贫困区的花岗岩体,其地下水位变化受裂隙连通性和大气降水影响,出现波动是正常现象。然而在雨季钻孔水位一周内出现近40 m暴涨,且基本维持在高水位持续约3个月后,又跌落回正常水位波动,似乎不常见。以大亚湾中微子试验隧道工程地质勘察钻孔ZK3为例,连续开展两年水位动态观测,监测到上述水位剧烈涨落现象。结合该区水文地质条件、地质构造和岩体结构、降雨量日变化,分析了产生这一奇特现象的原因。很多浅表缓倾节理和构造成因陡倾节理组合成多个不同方向和长度的结构面网络,是水不规则运移和局部储存的控制性结构,雨季开始和结束时不同深度裂隙连通导水差别很大应是水位突变的重要原因。即雨季地表径流很大部分是由于下部裂隙被水充满和饱和,地表产流率高,而旱季深部水腾空或不饱和,浅表水才容易向深部渗透回落。初步提出的水和可能的密闭气体联合作用导致雨季水位高涨突变,或许是需要关注的花岗岩裂隙水的一个重要特征。     

专家更需做调查——从经验适用性和调查全面性看评判结果和工程决策

依据笔者等负责和参与的中国不同地区多个重大地质工程咨询和技术服务项目,对前期工程地质勘察工作中出现地质条件误判、漏判等问题,进行了案例剖析。在此基础上对专家经验的适用性进行探讨,对工程地质条件观察全面性和科学推断的合理性关系进行了讨论,提出了深入全面认识地质模型的重要性。希望能籍这些工程勘察过程中暴露出来的对规划、选址决策有重大影响的地质问题,引起对专家经验慎重性应用的重视。     

从浅表花岗岩体中地应力测试深度与应力值间关系分析剥蚀厚度

针对浅表高水平地应力和高侧压系数常出现在岩浆岩和变质岩中的现象,以广泛分布的形成于地下深处的花岗岩为例,指出构造隆升作用下,花岗岩从形成时位于深部到现在处于剥蚀卸荷过程中而常出露地表,无论是采用静水压力还是弹性体假设,都可得出其侧压系数明显变大的结论。对254组花岗岩地应力现场实测结果统计,得到了侧压系数拟合公式更符合花岗岩实测结果分布情况。由广义虎克定律出发,结合垂向卸荷后地下某处水平应变为0的假设,推导出花岗岩体剥蚀厚度计算公式,其结果接近目前为止认识到的剥蚀厚度的上限值。初步工程资料分析对比发现,大亚湾燕山期花岗岩地质分析剥蚀厚度为1 300 m,计算结果介于1 500～3 000 m之间;三峡工程船闸区花岗岩剥蚀厚度为1 700～3 200 m,与裂变径迹法测试结果比较吻合。结果说明,花岗岩体剥蚀厚度相对于现在一般工程埋深是比较大的