谈工程地质的学科价值与学科发展

工程地质是一门认知工程－地质相互作用规律和过程的科学,它的使命是保障人类工程活动的安全。工程地质学科的基本理论形态包括成因演化论、结构控制论和相互作用论,这些理论有着相通的思想方法,就是成因决定结构,结构控制行为,工程地质过程是工程建设与地质环境相互作用的过程。随着我国近期工程建设的规模增大,埋藏加深,地质条件更复杂,由此带来的工程地质问题表现出显著的新特点,即研究对象大、深、动、热凸现,工程地质过程水、岩、温、化耦合,已有理论遭遇挑战,工程地质过程研究需要扩充。工程地质学科近期需要加强地质体工程性质研究、工程地质动力过程研究,以及地质环境研究。地质、地球物理、力学、工程科学的结合是工程地质学科发展的有效途径,理论、技术方法与实践并重的模式是工程地质学科发展的基本模式。     

HCW-90型全液压自动猫道钻具翻板机构控制优化

针对HCW-90型全液压自动猫道钻杆翻越档销进入V型槽的动作进行研究,涉及钻杆翻越档销、钻杆沿翻板滚动以及钻杆稳定在V型槽内等3个动态过程。操纵翻板机构的液压缸动作的控制信号是影响管体运移快速性和平稳性的主要因素,翻板动作的同步性则决定了管体运移的空间姿态和定位精度。本文主要采用机液联合仿真的方法,对HCW-90型全液压自动猫道的翻板机构进行模拟测试,分析机构的动态性能,研究确保钻杆稳定运移且能提高快速性的具体措施。     

华南扬子陆块成冰纪冰川作用的启动时限及其全球对比

江口冰期和南沱冰期是华南地区引人注目的 2次成冰纪冰川事件,但其确切启动时间及其全球对比关系仍未有定论。为此,对桂北地区成冰系(南华系)长安组底部和南沱组底部冰成杂砾岩开展了碎屑锆石U-Pb年代学研究。长安组碎屑锆石U-Pb年龄集中分布于958—717 Ma,显著峰值为720、753、805及848 Ma,最年轻一组206Pb/238U年龄的加权平均值为719.6±6.1 Ma,可解释为长安组最大沉积年龄;南沱组碎屑锆石U-Pb年龄集中分布于987—649 Ma,显著峰值为650、720、753、779、803、823及848 Ma,最年轻一组206Pb/238U年龄的加权平均值为649.3±6.2 Ma,可解释为南沱组最大沉积年龄。结合已发表的相关年龄数据可知,江口冰期很可能启动于ca.715 Ma,与塔里木、阿拉伯—努比亚、劳伦等陆块的Sturtian冰川作用高度同步;南沱冰期的启动应晚于650 Ma,与西伯利亚、澳大利亚、劳伦等陆块的Marinoan冰川作用基本同步。另外,碎屑锆石U-Pb年龄谱与CL图像显示,长安组和南沱组的物质来源主要为下伏新元古界岩浆—沉积记录,揭示出冰川对下伏地层的强烈刨蚀作用和华南新元古代幕式构造岩浆热事件。扬子陆块成冰纪冰川刨蚀作用可能与Rodinia超大陆"裂离"有关的强烈伸展活动存在联系,并可能持续至Marinoan冰期结束。     

华南扬子陆块成冰纪冰川作用的启动时限及其全球对比*

江口冰期和南沱冰期是华南地区引人注目的2次成冰纪冰川事件,但其确切启动时间及其全球对比关系仍未有定论。为此,对桂北地区成冰系(南华系)长安组底部和南沱组底部冰成杂砾岩开展了碎屑锆石U-Pb年代学研究。长安组碎屑锆石U-Pb年龄集中分布于958—717 Ma,显著峰值为720、753、805及848 Ma,最年轻一组 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄的加权平均值为719.6±6.1 Ma,可解释为长安组最大沉积年龄;南沱组碎屑锆石U-Pb 年龄集中分布于987—649 Ma,显著峰值为650、720、753、779、803、823及848 Ma,最年轻一组 ²⁰⁶Pb/²³⁸U 年龄的加权平均值为649.3±6.2 Ma,可解释为南沱组最大沉积年龄。结合已发表的相关年龄数据可知,江口冰期很可能启动于ca.715 Ma,与塔里木、阿拉伯—努比亚、劳伦等陆块的Sturtian冰川作用高度同步;南沱冰期的启动应晚于650 Ma,与西伯利亚、澳大利亚、劳伦等陆块的Marinoan冰川作用基本同步。另外,碎屑锆石U-Pb年龄谱与CL图像显示,长安组和南沱组的物质来源主要为下伏新元古界岩浆—沉积记录,揭示出冰川对下伏地层的强烈刨蚀作用和华南新元古代幕式构造岩浆热事件。扬子陆块成冰纪冰川刨蚀作用可能与Rodinia 超大陆“裂离”有关的强烈伸展活动存在联系,并可能持续至Marinoan 冰期结束。     

国际工程地质与环境研究现状及前沿第十二届国际工程地质大会(IAEG XII)综述

第十二届国际工程地质与环境大会(IAEG XII)于当地时间2014年9月15～19日在意大利都灵召开,此次大会也是国际工程地质与环境协会成立50周年的纪念大会。本次大会传递的一个重要信息是工程地质在人类社会发展中起着越来越重要的作用,特别是在人类活动对全球环境动态变化响应方面。为了更好地了解目前国际工程地质与环境研究的动态和前沿,本文对本次大会的8个主题进行了综合介绍,主要包括:(1)气候变化与工程地质; (2)滑坡过程; (3)流域、水库淤积与水资源; (4)海洋与海岸带过程; (5)城市地质、可持续规划与景观开发; (6)大型工程项目应用地质; (7)工程地质教育、社会责任与公众认识和(8)文化遗产保护。     

基于统计岩体力学的围岩分级调整以关山隧道为例

在浅埋工程开挖的围岩分级实践中,相关规范实用性很高,预测准确。然而,在大埋深高地应力条件下进行含节理岩体的隧道开挖时,围岩物理力学参数和结构会发生强烈的改变,不但围岩质量劣化,而且各向异性显著。在开挖引起的应力场剧烈变化下,围岩中新的裂隙会产生,在高地应力下闭合的结构面会重新张开并迅速发展,影响了岩体质量和稳定性,开挖前的围岩分级结果不再适用。因此,为了客观量化描述开挖后围岩质量的劣化,统计岩体力学理论充分考虑了开挖揭露的岩体结构面各项参数,并将结构面影响下的岩体各向异性特征纳入围岩分级评估之中进行围岩分级调整。为了进一步说明,本文结合大埋深高地应力下的关山隧道开挖工程,根据现场结构面的统计结果,运用统计岩体力学理论分析开挖后隧道围岩显著的各向异性,并最终给出符合开挖后现场围岩劣化情况的围岩分级调整建议。     

地震几何属性的快速算法实现

地震几何属性被广泛用于提取地震数据中的几何结构特征,从而辅助解释相关的地质沉积和构造过程.本文提出基于多种递归滤波和构造导向滤波的地震几何属性快速算法,能显著提高地震相干和体曲率的计算效率和分辨率.递归滤波的计算效率远高于传统的加权求和计算,且其计算成本与平均窗口的大小无关;同时,利用高维滤波的可分离特性可以将其分解为多个一维滤波来进一步提升计算效率并有利于多线程并行运算.此外,使用构造导向滤波实现相干计算,可以有效地消除倾斜构造对结果的影响而无需传统方法中耗时的插值运算.三维实际地震数据的应用结果表明,本文提出的快速算法能将传统的相干和曲率属性计算速度提高10~30倍且对断层的刻画更加完整和连续.

     

液化型路堤边坡动力数值模拟分析

液化型路堤边坡动力稳定性问题涉及岩土工程与工程地震两个学科领域,是边坡工程与砂土液化的交叉课题。采用天然地震记录为输入条件,应用Finn本构关系模型,运用有限差分法,对填土+砂土+卵砾土地层组合的路堤边坡进行了全时程动力分析,探讨了地震作用下路堤边坡的液化初步规律和稳定性。数值模拟结果表明:地震作用引起了路基饱和砂土有效应力急剧减小,并导致路基砂土液化,引起路堤变形破坏。孔隙水压力的积累与消散不仅与地震记录序列存在对应关系,也与砂土所处的位置和深度有密切关系。地表变形破坏主要表现为路堤顶面发生震陷和拉裂破坏,坡底面产生挤压隆起变形。地面以下的变形破坏主要包括土体剪切破坏和深部砂土液化引起的侧向流动破坏。     

三峡库区工程边坡主要类型及防护措施

随着长江三峡移民工程建设的逐步推进,三峡库区形成了大量类型各异的工程边坡,包括残坡积土、崩滑堆积土、填土、膨胀土等土质边坡以及块状、层状、碎裂结构等岩质边坡。针对不同类型工程边坡的变形破坏模式,采取排水、柔性防护网、锚喷、格构、挡土墙、抗滑桩及桩板墙等方式或者其不同组合进行工程防护,保证了边坡的稳定,取得了较好的防护效果。     

磁罗盘误差校准方法及其在海洋领域的应用

针对磁罗盘自身误差以及载体平台磁干扰导致磁罗盘测量精度不高的问题,提出了一种磁罗盘误差校准方法。通过对磁罗盘自身误差以及载体平台磁干扰产生的误差进行分析,建立了误差校准模型,并结合实际应用条件给出了磁罗盘平面校准方法和空间校准方法,采用最小二乘回归算法对模型求解,解决了磁罗盘现场校准问题。利用所研制的磁罗盘开展了施加磁干扰后的磁罗盘校准验证实验,并对校准前后的方位角精度进行了测试。试验结果表明：在施加磁干扰后方位角最大误差12°的条件下,利用该方法校准后方位角最大误差仅为0.2°,说明了该方法的有效性。最后,介绍了磁罗盘在海洋领域常见的几种应用。