非饱和土粒间吸力研究的若干思考和进展

非饱和土粒间吸力是建立非饱和土有效应力原理和抗剪强度理论的基础前提,从各力的本质、概念、大小等不同角度出发,对目前非饱和土研究中常见的几种吸力进行了详细地对比和分析。基质吸力表示土壤吸水的趋势,强调的是土颗粒与水之间的相互作用,并非土颗粒间的相互作用,与有效应力概念的本质不符,是Bishop和Fredlund强度理论中分别存在着物理意义不明确参数x和φb的根本原因;广义吸力虽然考虑了结构吸力的作用,但仍将基质吸力作为有效应力的一部分,使原本“实用、简化”的目标更加复杂化;附加内压力将基质吸力以及表面张力的作用进行叠加,存在力作用大小上的重复,同时未考虑结构吸力的作用;张力吸力将表面张力沿两土颗粒连线方向的分量——张力吸力和基质吸力进行叠加,一是仍将基质吸力作为有效应力的一部分,二是同样未考虑结构吸力的作用;粒间吸力（湿吸力和结构吸力）考虑了因土体结构性引起的结构吸力作用,同时也考虑了气液界面上收缩膜的效应——湿吸力的作用,基于粒间吸力的非饱和土有效应力及强度理论不仅符合有效应力定义的本质,而且合理地解释了非饱和土中诸如收缩膜张力的方向性、土中应力概念的平均性、土体物理本质的唯一性、随含水率变化的连续性以及对不同类型土的适应性等众多现象。因此,从粒间吸力的角度出发来研究非饱和土的有效应力原理是正确、可行的。     

基于遥感反演参数与双约束空间聚类算法的湖泊营养物生态分区

中国湖泊营养物水平和富营养化效应存在显著区域分异特征,开展湖泊营养物生态分区研究,是实现湖泊分区控制的前提和基础。本文以云贵高原亚热带湿润区为案例区,通过遥感反演得到研究区域湖泊水体的叶绿素a(Chl-a)、总氮(TP)和总磷(TN)含量,从自然地理要素、生态系统和人类活动3 方面建立指标体系;根据研究区域 DEM数据划分小流域,将各指标因子投影到小流域;在小流域尺度上,采用数理统计方法定量分析各指标分别对 Chl-a/P 与Chl-a/N 的作用,计算两种湖泊营养物生态分区评价分值;采用双约束空间聚类算法对小流域尺度上两种湖泊营养物生态分区评价分值共同进行聚类,形成湖泊营养物生态分区结果。研究发现：①通过遥感反演模型可以将少数呈点状分布的监测数据推演到面上,这在一定程度上弥补了有限的野外监测数据量难以支撑湖泊营养物生态分区的不足;②通过构建各指标因子分别与湖泊水体中Chl-a/P、Chl-a/N 的定量关系,实现了湖泊营养物生态分区中湖泊水体微观指标与湖泊流域宏观指标的有机结合;③采用双约束空间聚类进行湖泊营养物生态分区,保证了分区结果在空间上的连续性和评价分值上的接近性;④根据自然地理条件、土地利用和人类活动强度的不同,将云贵高原亚热带湿润区分为4 个区：北云南高原湖区、滇南河谷山原湖区、桂西-滇东-黔南岩溶湖区、贵州高原东北部湖区。本文提出的基于双约束空间聚类的湖泊营养物生态分区方法也可以作为其它地区乃至国家尺度湖泊营养物生态分区的借鉴。     

基于工业CT力学实验平台的建立及应用

将工业CT与数字体图像相关法相结合测量物体内部三维变形及应变已发展成为一种新的实验力学方法。本文介绍基于工业CT,自行研制的加载装置和数字体图像相关法(DVC)建立起的力学实验平台,该平台包括基本原理模块、数字虚拟实验模块、原位加载扫描实验模块、变形计算模块和结果输出模块,可以实现单轴压缩、三点弯曲、四点弯曲、点加载及拉伸实验试件内部三维变形场的测量。针对岩石材料与复合材料介绍该平台的应用。      

高速铁路隧道围岩抗力系数现场试验与理论研究

以沪昆高速铁路隧道为依托,通过现场径向液压枕试验,测量各级压力下半径向变形,获取了隧道研究点处岩石抗力系数实测值。在实测数据的基础上,结合国内外相关的弹性抗力本构模型,建立了沪昆高速铁路隧道围岩抗力系数的5种理论计算模型：理想弹塑性模型、爆破裂缝弹塑性模型、塑性软化岩体模型、Lade-Duncan准则模型、统一强度理论模型,并有针对性的将所研究的20座隧道进行分类,分别计算其围岩抗力系数理论计算值。为了弥补现场试验点数目的限制,对所研究的隧道展开了数值模拟分析。通过对不同的埋深、围岩级别、地质特征下岩石抗力系数现场试验值、理论计算值、数值模拟值和规范值进行对比和综合,提出了高速铁路大断面隧道的围岩抗力系数推荐值,该推荐值突破了普通铁路隧道规范中关于抗力系数建议值仅限于弹性模型的限制,为优化隧道结构设计,充分利用围岩的自承能力提供了理论依据。     

水平井多段压裂应力场计算新模型

为了准确认识水平井多段压裂过程中井筒周围应力场变化,指导裂缝起裂和延伸机制研究,综合考虑井筒内压、地应力、压裂液渗流、热应力、射孔和先压开裂缝等因素的影响,根据应力叠加原理,建立了水平井多段压裂应力场计算模型。该模型利用位移不连续法,重点考虑了先压开裂缝在水平井筒周围水平面上产生的诱导应力大小,克服了裂缝诱导应力解析模型只能计算裂缝高度平面诱导应力大小的局限。结果表明,通过应力场模型进行的破裂压力预测与实际破裂压力值吻合度较高,验证了建立模型的准确性;人工裂缝形成后会对水平井筒周围应力场造成很大影响,在裂缝尖端出现应力集中,造成应力分量降低,在裂缝周围一定区域造成应力分量有较大的升高;多段压裂压开人工裂缝越多,应力之间干扰越严重,水平井筒周围应力分布越复杂。该研究对认识多段压裂存在先压裂缝干扰下后续裂缝的起裂和延伸机制,指导压裂施工具有一定意义。     

广西扶绥—崇左地区铝土矿矿产远景调查主要进展及成果

在龙州地区首次发现早石炭世的堆积型铝土矿矿源层,提出广西堆积型铝土矿至少存在早石炭世和晚二叠世两个时代的矿源层。探索运用高密度电阻率法寻找古风化壳沉积型铝土矿的有效性试验工作。提交新发现矿产地4处,探获新增铝土矿(334₁)资源量5 289.15万吨。重新厘定区域地层岩性及岩相特征,系统总结区内铝土矿矿床(点)的时空分布特征、控矿地质条件、成矿规律及找矿标志,建立了区域成矿模式和预测找矿模型,圈定成矿远景区5处,找矿靶区6处,开展区域矿产预测,初步评价了本区铝土矿资源潜力。为该地区下一步地质调查、矿产勘查规划和开发提供了丰硕的基础资料和有益参考。     

行业高校测绘卓越工程师多元化培养模式构建研究与实践

“测绘卓越工程师教育培养计划”是《国家中长期教育改革和发展规划纲要》高等教育改革和发展中具有战略性意义的一项重要任务。本文紧抓人才培养模式创新的关键性要素作为切入点,创建了一套行业需求为导向的测绘工程专业卓越人才培养体系,搭建“高工程素质、强实践能力”的人才培养模式,完善专业课程体系,加强师资队伍建设,强化多元实践教学,构筑创新实践平台,着力提高学生的工程意识、工程素质和工程实践能力。     

南大巴山前陆冲断褶皱带断裂流体地球化学特征及构造保存研究

南大巴山前陆构造带位于城口断裂与铁溪-巫溪断裂之间,为研究该构造带断裂对烃类运移及构造对页岩气保存的影响,本文对该构造带内断裂流体的碳氧同位素和流体包裹体进行了测试分析。测试结果显示,研究区断裂流体碳氧同位素整体较围岩更为分散,δ~(13)C_(PDB)介于-2.9‰~3.9‰之间,属正常海相碳酸盐层的碳同位素值,坪坝断裂附近δ~(13)C_(PDB)呈明显亏损,具外来流体混合的特征。流体包裹体为含烃的气液二相盐水包裹体,气相成分为CH_4,液相为H_2O。包裹体均一温度以城口断裂附近最高,主要为311~336℃,频率峰值温度为328℃;往南叠瓦带流体均一温度主要位于183~269℃之间,峰值为230℃,断褶带峰值为213℃,滑脱褶皱带为170℃,整体表现为向盆内方向降低。盐度主要为4.43%~8.6%NaCl。研究表明,城口断裂作为大巴山构造带南北分界的主干断裂,古流体的形成温度和热演化程度最高,且从盆地向北至城口断裂,各构造带流体的热演化程度、成岩温度、古流体压力均逐渐升高,说明随着构造活动的增强,构造带中的流体更为活跃,持续时间更长,导致流体形成的深度和温度变化较大。构造带内的流体总体上形成于封闭体系,在主构造应力的驱动下,盆地深部含烃流体沿断裂向浅部运移,并与浅部地层流体发生混合,运移通道整体处于封闭状态;而构造带内的一些次级断裂,因其形成的时间以及向下延伸的深度不足以触及下古生界烃源岩层,因此其对流体封闭性的影响有限。     

福建海坛岛北部海岸带冲积扇沉积构造及其发育模式

海岸带冲积扇作为海陆过渡带中的重要沉积地貌单元,蕴藏有丰富的"陆-海-气"耦合作用及其古地理环境变化信息。本文选取福建海坛岛北部的海岸带冲积扇(大砂山)为研究对象,在大砂山表层布设6条累计长度约700m的探地雷达(GPR)测线,结合剖面观察解译以获取大砂山内部沉积构造和沉积序列信息。结果显示:GPR探测图像很好地显示约20m深度范围内的沉积构造信息,可以识别出9种沉积构造雷达相,这些雷达相总体上反映了海岸带冲积扇以泥石流和沟谷洪流为主、并交替有海岸风沙作用的沉积构造特征。综合三维沉积构造信息可知,大砂山为两个冲积扇侧向连接而成的复合体。结合野外地质地貌考察和砂样粒度分析,认为该冲积扇发育过程可分为四个阶段:(1)晚更新世末次间冰期,海岸带老红砂堆积形成"红色沙漠";(2)晚冰期时频发的暴雨洪水,携带南部山区的风化碎屑物质堆积在海岸带形成了冲积扇主体,并覆盖在老红砂剥蚀面上;(3)全新世早中期气候湿润,河流下切侵蚀冲积扇,形成大砂山基本形态;(4)全新世晚期,全球气候转冷,海岸风沙作用兴起,塑造成为现代大砂山的地貌特征。     

滇西镇康水头山Pb-Zn矿床成矿流体及矿质来源探讨——H、O、S、Pb同位素地球化学证据

滇西镇康水头山Pb-Zn矿床是保山地块镇康Pb-Zn-Fe-Cu多金属矿集区内又一重要找矿成果。矿体呈似层状、透镜状产于上寒武统保山组大理岩化灰岩中,呈NEE向顺层产出,矿石矿物主要为闪锌矿和方铅矿,偶见黄铜矿和黄铁矿等;脉石矿物主要有白云石、绿泥石、方解石、石英和绢云母等。本文基于对矿床地质特征的详细研究,结合矿床H、O、S、Pb同位素组成,对其成矿流体和矿质来源进行了探讨,同时与毗邻的芦子园超大型Pb-Zn-Fe-Cu多金属矿床进行了对比。研究表明:该矿床石英的δD值介于-101.1‰~-93.3‰之间,均值为-96.85‰(n=4),δ~(18)O_(H_2O)值为3.37‰~3.77‰之间,均值为3.57‰(n=4),表明成矿流体早期以原生岩浆水为主,有大气降水的混入。矿床金属硫化物的δ~(34)S值均为正值,介于4.1‰~12.2‰,均值为8.23‰(n=10),与旁侧的芦子园矿床δ~(34)S值(8.9‰~12‰)较为接近。该矿床可划分出三个成矿阶段,阶段Ⅱ为以闪锌矿和方铅矿为主的主要成矿阶段(δ~(34)S主要集中在4.1‰~6.2‰之间),其δ~(34)S均值可近似代表成矿热液中的δ~(34)S∑S值,即δ~(34)S∑S≈δ~(34)S均值=6.56‰(n=7),闪锌矿和方铅矿δ~(34)S值有部分重叠,但总体上具有δ~(34)S闪锌矿δ~(34)S方铅矿以及不同颜色闪锌矿之间δ~(34)S深棕色闪锌矿δ~(34)S棕褐色闪锌矿δ~(34)S浅棕色闪锌矿的分布特征,暗示硫同位素在硫化物间的分馏达到平衡,表明S同位素组成较为稳定,显示水头山矿床具有深部壳源岩浆成因的特征。矿床金属硫化物的Pb同位素分析显示,Pb同位素组成非常集中(~(206)Pb/~(204)Pb=18.3408~18.4483,均值为18.3815,~(207)Pb/~(204)Pb=15.8337~15.9440,均值为15.8745,~(208)Pb/~(204)Pb=38.8224~39.4391,均值为38.9941,n=10),投点主要分布在上地壳演化线上方,表明其Pb主要来自于以岩浆作用为主的上地壳物质。本文认为矿区深部壳源岩浆热液是水头山矿床最重要的成矿流体与矿质来源,流体的混合作用是矿床金属元素沉淀和富集的重要机制,矿床具有低温、后生成矿特征,推测矿床的形成与燕山晚期的岩浆热液作用有关。