西安市地下水与地面沉降地裂缝耦合关系及风险防控技术

西安市地面沉降地裂缝发育,世界罕见,一直是该领域研究的热点地区。近年来又出现新的发展趋势,严重制约城市发展和威胁地铁等重大工程安全运营。笔者依据254个地下水动态监测资料,总结了西安地下水资源开发历史与地下水头动态变化规律,耦合分析了地面沉降地裂缝与地下水位下降之间的关系,提出了基于地下水头管理的地面沉降地裂缝风险防控技术。结果显示:西安市地面沉降地裂缝是多种因素综合作用的结果,其发生和发展过程及其严重程度均与地下水头下降密不可分,并受黏性土层厚度的影响;空间上地下水头降落漏斗中心与地面沉降中心基本吻合,时间上地面沉降发育时间滞后地下水头降落2-3年,沉降速率是地下水头每下降1m的累计最大地面沉降量50mm;地下水头回升会引起短时和少量地面回弹量,并能够缓解或遏制地面沉降。挖掘历史地下水头与地面沉降地裂缝监测数据,建立了基于地下水头的地面沉降地裂缝预警阈值和风险防控技术。     

流态破坏型黄土滑坡滑带土临界特征

泾阳南塬黄土滑坡运动形式具流态特征,以泾阳南塬西段L5致滑层黄土和东段L9致滑层黄土为研究对象,从非饱和黄土角度出发,开展了控制不同初始含水率的增湿常剪试验,在获取黄土增湿变形过程曲线的基础上,讨论了黄土流态破坏过程中的水土边界特征;并进一步从细微观角度揭示了黄土流态破坏前后的结构孔隙差异与含水率的关系,提出了黄土流态破坏临界条件和力学机制。研究表明,黄土具流态变形特征,其增湿变形曲线中存在发生流态破坏的临界含水率,提出了"自适应第一稳定场"和"被适应第二稳定场"的概念,微细观尺度下在临界点前后的土体孔隙突变结果揭示了该变形模式的合理性;流态变形的基本条件是与土体孔隙的分布及其颗粒大小相关的,非饱和高含水率状态下,含水率(吸应力)的微小改变可引起土体较大的应变增量;基于水力特征曲线模型闭型方程,提出了流态变形的力学机制,以期为流态破坏型黄土滑坡防控提供科学依据和理论基础。     

黄土塬沟道侵蚀扩张机理与固沟保塬工程的科学性

由于高强度人类活动和极端降雨的影响,黄土塬沟道侵蚀剧烈,水土流失严重,塬面萎缩呈逐年加剧的趋势,对当地的生产生活和经济社会发展产生了严重影响.近几十年来,以固沟保塬为目标的水土保持工作取得一些进展,但对固沟保塬工程的基础研究相对薄弱,尤其是对水动力与人类活动双重作用下黄土塬沟道侵蚀扩张机理、不合理固沟保塬措施的水土灾变过程和控制因素缺乏深刻认识,塬区溯源侵蚀及塬面破碎化问题依然严重.基于这一现状,以黄土高原最大的塬面——董志塬为例,开展了黄土塬沟道侵蚀扩张机理与固沟保塬工程科学性研究,取得系列创新性认识,揭示了黄土垂直节理普遍发育及其对塬边侵蚀的控制作用,明确提出了塬面快速城镇化和交通路网扩张导致塬边和沟头冲刷的加剧,是现阶段董志塬沟道侵蚀剧烈和塬面萎缩的主要原因;阐明了地表水的不合理疏导和地下水位的抬升是影响沟头回填固沟保塬工程稳定性的关键,解释了两者导致回填沟头发生侵蚀灾变的机理和模式;提出固沟保塬“拦-蓄-排-固”的系统治理思路和发展水土保持与地质灾害防治相结合的固沟保塬模式.固沟保塬作为一项系统性的治理工程,需要生态、水保、地质和工程的多学科、多方法和多措施的结合,才能保证固沟...     

洛川典型剖面黄土的非饱和参数测试与分析

土-水特征曲线是反映非饱和土基本特性的本构曲线,是土质斜坡非饱和渗流和力学机制分析中的重要参数。但受限于实验设备和测试技术等条件的限制,使得土-水特征曲线的测试耗时长、难度大,且多数测试方法难以实现全吸力范围内(0~106kPa)的曲线测定,间接获取土-水特性曲线的模型拟合法,通常又存在因参数多解性而导致的结果失真等问题。现有的黄土高原非饱和特征曲线测试结果多集中于马兰黄土(L1),而其下的几十层黄土、古土壤的测试尚基本属于空白。笔者基于TRIM试验测试技术,对洛川黄土剖面的29层黄土-古土壤序列进行测试,获取了土-水特征曲线、吸应力特征曲线和渗透系数函数等系列参数,建立了黄土高原非饱和黄土工程特性标准剖面。通过对各参数综合分析发现,各物性参数在垂向上随深度呈现相似的变化规律,且均在黄土-古土壤的接触带参数变化较大;粘土矿物成分和孔隙结构特征是影响非饱和土-水特征曲线的重要参数,且与曲线参数α、n存在一定的非线性关系。     

考虑接缝影响的地下综合管廊振动台模型试验

地下综合管廊属于浅埋狭长型结构，变形缝存在较为普遍，而在地震荷载作用下，其会对地下结构的振动响应产生一定影响，但是目前针对该问题的研究却十分有限。基于振动台模型试验并考虑接缝的影响，开展了不同波形、不同峰值加速度地震波激励下的综合管廊地震响应特征研究，对场地加速度、动土压力以及管廊结构加速度、位移、动应变和弯矩等响应进行了测试和分析。试验结果表明：管廊振动主要受周边土体影响，接缝截面边墙在地震过程中与土体发生脱离，但管廊结构整体性保持良好；管廊接缝在强震下位移较小，不会发生大变形破坏；强震作用下动土压力分布呈非线性特征；接缝截面在地震中受到的弯矩作用小于中部截面，对抗震性能有利。     

四川虹口黑泥湾滑坡风险性评估

黑泥湾滑坡是降雨诱发的一个土-岩接触面大型滑坡。基于野外详细调查基础上,探讨了黑泥湾滑坡的成灾模式,并利用水平投影法对滑坡多级潜在滑面进行了稳定性分析;在10年一遇降雨、50年一遇降雨及100年一遇降雨3种工况下,对黑泥湾滑坡开展了风险性评估、风险区划及社会风险评价。结果表明,黑泥湾滑坡财产最大风险为111.666万元/a,人口最大风险为0.002 23人/a;同时区划结果显示1、2、3号受险区的单人生命风险最大,具有大于10-3的生命风险,其人口社会风险值已经处于不可接受风险区,应采取加强监测、搬迁避让、适当工程治理等方法进行风险控制,以达到防灾减灾的目的。     

榆林黄河中游粗泥沙区生态问题与生态格局构建

黄河中游粗泥沙是黄河下游地上悬河形成的最重要组成物质，从源头遏制粗泥沙入黄是保障黄河长久安澜的根本之策。笔者采用从大尺度向小尺度梯度分析、生态问题识别诊断与综合评判等方法，确定了陕西省榆林市北部7个黄河一级支流区为粗泥沙主要来源区，并在识别出粗泥沙主要来源区生态问题及其之间关联性、紧迫度、优先度的基础上，提出了榆林黄河中游粗沙区生态保护修复的系统性对策。即围绕2个核心目标、3个关键问题，将研究区划分为10个保护修复单元，提出布局7类工程和29个子项目，构建“1廊2带3区多点”的人与自然和谐共生的生态安全格局，从而达到提升粗泥沙集中来源区生态系统稳定性和韧性，实现从源头遏制粗泥沙入黄，缓解拦沙坝、水库和“地上悬河”泥沙淤积压力的目标。研究成果对于保障中国北方生态安全和能源资源安全等具有极为重要的意义。     

新时期榆林煤矿区生态保护修复与综合治理策略及路径探索

榆林作为陕北地区国家能源基地的重要组成部分，在过去30余年为中国经济社会发展作出了重要贡献。然而，煤炭资源开发不可避免地给当地生态环境带来了采空区塌陷、土地与水资源破坏、生态退化等诸多问题，且目前因煤炭规模开发的负面效应持续加剧着矿区水资源、土地资源的破坏以及生态系统韧性的下降，已然威胁到榆林经济社会的可持续发展及国家能源资源的长远安全。多年来，榆林煤矿区在地质环境治理方面形成了一批可复制、可推广的经验和模式，但目前仍然呈现出整体效果不显著、基金使用率低、实施阻力大、系统设计受限、顶层规划缺乏等“五个问题”的困境，多元化治理模式和相应的政策机制也尚未形成合力。为解决这一实际，本研究在剖析煤矿区生态问题现状及生态修复工作面临问题及原因的基础上，结合煤矿区治理现状及乡村高质量发展需求，创新形成了“1个目标、2个底线、3个空间、4种模式”的榆林市煤矿区综合治理系统性解决策略，建议了3项创新机制以及“三步走战略”的具体实践路径，总结了适用于榆林煤矿区生态修复+N的综合治理模式清单，最后从政策、技术、管理等方面提出了对策建议。研究结果有助于为下一步系统性、整体性指导榆林市各煤矿企业开展矿山生态保...     

砒砂岩区水土流失机制及防治措施研究现状与展望

砒砂岩集中分布于黄河中游晋陕蒙交接地带的多沙粗沙区，是黄河下游地上悬河造床质粗泥沙的重要组成部分，系关黄河安澜。由于砒砂岩孔隙发育、结构松散，遇水崩解等特性，以及地形地貌、气候、水文等因素的影响，导致砒砂岩极易发生风化、侵蚀，且侵蚀机制复杂、侵蚀类型多样。系统探究砒砂岩的风化、侵蚀与搬运机制及其发展演化过程是遏制粗泥沙入黄的关键。基于文献检索，笔者系统整理砒砂岩风化与侵蚀机制，分析坡面、沟道侵蚀与搬运演化过程、产沙产流规律，梳理有关砒砂岩的水土流失防治措施研究成果以及存在的问题，并提出遏制砒砂岩粗泥沙入黄的对策建议。(1)聚焦粗泥沙集中来源区，从源头遏制粗泥沙入黄。(2)按照山水林田湖草沙生命共同体理念，探索面向粗泥沙的水土保持新体系。(3)创新多元化投入、跨地区联动，多部门协作，多专业融合的遏制粗泥沙入黄工作机制。(4)加强砒砂岩风化-侵蚀-搬运机制与防治关键技术研究。     

基于动态重力信息的地震前兆与强震短临预报

地震预报是当今世界尚未破解的重大科技难题，短临地震预报是地震预报的难点，有效的前兆信息则是短临预报的关键。笔者围绕短临地震预报难题，研制了高精度动态固体潮汐重力仪和大气潮汐重力仪，成功捕获到2010～2023年间的玉树7.1级地震、土耳其7.8级地震等震前几十个小时的动态重力场变化信息。这些信息再现了强震孕育–发生的过程，初步揭示短临阶段“基本稳定→闭锁蓄能→震前平静→能量释放”的强震物理机制，可作为短临地震预报的前兆信息。为实现对短临地震“时-空-强”的准确预报，提出通过动态重力场变化组网观测和分布式前兆信息数据库建设，进一步揭示不同类型地震的动态重力信号响应规律，建立强震发生概率、时间、震中位置及震级预报模型的可行性路径，渴望破解强震短临预报的世界难题。