西辽河平原地下水补给植被的临界埋深

许多地区地下水是生态稳定的重要支撑或补充,确定地下水补给地表植被的临界埋深对地下水管理和生态安全至关重要。以西辽河平原为例,主要研究成果如下:①根据地下水补给植被原理划分包气带水分运动结构,描述地下水补给植被的作用机理和物理过程,定义地下水补给植被的临界埋深及相关物理概念。②根据植被根系吸收潜水蒸发的物理机制,地下水面附近由毛管水上升形成的潜水影响层是临界埋深计算的关键。③推导土壤毛管有效孔径计算推理公式,通过构建土壤微结构模型求解推理公式中的孔隙特征参数,解决毛管水最大上升高度的精确计算难题;④结合不同群落植被根系层厚度,形成地下水补给植被的临界埋深计算模型。⑤通过野外调查和观测试验实证,表明计算结果可靠,研究成果在科尔沁草原得到了及时应用。     

汶川地震黄洞子沟右岸大型滑坡地质构造特征及成因

"5·12"汶川地震发生于龙门山逆冲构造带映秀-北川断裂,此次地震沿约300 km地表破裂带触发了大型滑坡百余处,其中大光包滑坡、红石沟滑坡和老鹰岩滑坡发育于绵阳安州区黄洞子沟右岸不到5 km区段内,规模均超过千万方,且大光包滑坡是此次地震中最大滑坡,也是世界罕见的巨型滑坡。本研究通过大量现场照片、遥感影像和实地测绘,结合XRD、岩石薄片手段在此3个滑坡滑源区展开了详细的地质调查。结果表明:（1）先期深埋的中-缓倾构造层带为大光包滑坡提供了潜在侧滑面,与岩体结构面组合触发了大光包大型楔形体破坏;（2）红石沟滑坡发育于含多级角砾、糜棱质次级错动带的碎裂结构坡体,地震中这些倾坡外的次级错动带快速贯通形成滑坡底滑面;（3）老鹰岩滑坡主控于厚层陡倾构造带,地震中该带沿走向拉裂破坏,加之两侧陡倾结构面组合切割触发了老鹰岩大型楔形体破坏。研究进一步发现,红石沟斜坡紧临大水闸背斜轴部、老鹰岩和大光包斜坡位于其两翼,认为该背斜构造对研究区斜坡地震稳定性有较大影响。本研究仅揭示了3个典型地质构造滑坡类型,汶川地震百余处大型滑坡地质构造成因有待进一步研究。     

长江三峡库区木鱼包滑坡地表变形规律分析

三峡库区木鱼包滑坡自2006年实施专业监测以来,一直持续变形,对三峡大坝工程和长江航道造成巨大威胁。通过多次野外地质调查资料、长期现场巡查、人工GPS位移监测数据、近1年的全自动监测数据等,深入分析该滑坡在库水涨落及降雨条件下的变形特征、演化规律及变形机制。结果表明,滑坡坡体结构、岩性及地质构造等地质因素控制了木鱼包滑坡的变形,库水位是主要的驱动因素。库水位上升过程中,库水位由145 m升到155 m左右,月位移量为最小值;动水压力向坡内,滑坡变形最小;库水位155 m上升至175 m期间,库水入渗前部坡体,对滑坡前部抗滑段形成浮托减重效应,变形有所增加。库水位由175 m下降到170 m左右,累积位移形成阶跃,坡受向坡外动水压力和浮托减重效应作用,月位移达最大值。库水位由170 m降到145 m期间,浮托减重效应作用减小,月位移量降低。目前,木鱼包滑坡变形趋势减小,产生大规模滑动的可能性较小,但须进一步加强监测和机制研究。     

三峡库区浮托减重型滑坡对库水升降的响应规律

三峡大坝自2003年蓄水以来,库区形成大量涉水滑坡。长江三峡库区的浮托减重型滑坡随库水位升降,变形非协调性增加,此类滑坡变形与库水位关系的不明确性,为其监测预警预报工作带来困惑。以木鱼包滑坡为研究对象,通过全自动GPS变形监测系统获取的滑坡监测资料,结合多次的野外考察、15年专业监测和库水位升降等资料进行分析,运用有限元软件Geo-studio进行数值模拟,模拟库水位以不同速率在175~145m间升降下对滑坡稳定性的影响。研究表明:(1)库水位由145m升至175m的过程中,滑坡的稳定系数变化为先减后增再减,库水上升速率越大,前期稳定系数减小的时间段越小,随后稳定系数增加的速率也越快;(2)在库水位由175m下降到145m的过程中,整个稳定系数变化趋势为先减小后增大,呈“V”字形,存在一个最危险水面,不同的库水下降速率对应的最危险水面高度也不一样,库水位以0.4,0.6,0.8,1.0,1.6m/d的速率下降时对应的最危险水位分别在169.8,167.8,162.6,162.0,162.2m左右;(3)木鱼包滑坡作为三峡库区典型的浮托减重性滑坡,在库水位大幅度及周期性升降的影响下,一直保持着蠕滑状态,平均日位移量为0.4mm/d,目前处于基本稳定状态。所得结论对三峡库区浮托减重型滑坡预警预报工作有一定的参考与借鉴意义。     

基于状态曲面的非饱和土强度准则及其验证

考虑体变对非饱和土土-水状态的影响,将状态曲面函数引入传统的Vanapalli强度公式得到与孔隙比相关的抗剪强度准则,新准则使用饱和土的强度参数和两条不同孔隙比对应的土-水特征曲线。选择一种尾矿砂和高岭土的混合土料为研究对象,进行一系列的土-水特征曲线试验、吸力控制的等向压缩和三轴剪切试验。试验结果表明,新准则能更准确地预测非饱和土的强度,证明了传统强度预测的误差主要来源于忽略了体变导致的土-水状态变化,并提出在不同应力空间内精确地获得抗剪强度包线的方法,合理地解释了强度包线斜率在净应力-强度平面内随吸力增大、强度包线形状在吸力-强度平面内随净应力发生变化的特性。     

数字山地垂直带谱研究进展

垂直分带是山地环境研究的基础.近年来我们成功地构了山地垂直带数据模型,可以将我国及全世界山地垂直带谱进行数字集成;归纳出我国31个水平地带、32个垂直地带,奠定了中国山地垂直带谱数字集成的地理学基础.研制了中国山地垂直带谱信息系统并进行了升级;提出了山地垂直带分布的二次曲线模式,需要今后用更多的数据进一步验证;未来几年的工作包括提高山地垂直带的识别精度,并将山地垂直带谱数字集成工作扩展到欧亚大陆甚至全世界.     

基于小波分析的储层流体性质识别

针对储层流体性质判别这一问题,从测井响应的物理意义出发,认为测井信号的总能量是由地层微观信息与宏观信息的能量共同构成,地层孔隙中所含流体的性质是微观信息,应与测井曲线的微小抖动相对应,即测井信号高频部分.由此,分别采用小波多分辨分析及小波包分析两种处理方式,选取db5小波基函数对深感应电阻率曲线进行不同频带和时段内的分解,提取不同尺度下油层、水层及干层段电阻率曲线高频部分能量,进而利用能量谱峰分析法划分流体类型.对比两种处理方式,小波包分析效果更佳,得到的能量谱主峰位置是区别不同流体类型的主要标志,该方法在电性差别不明显的低阻储层流体性质识别中也具有良好应用效果.     

基于小波包能量谱的建（构）筑物爆破地震安全评估

基于现场实测爆破振动数据,采用小波包分析技术对爆破振动信号进行了时频特征分析。根据小波包变换的分层分解关系,推导出爆破振动信号不同频带的小波包频带能量,小波包频带能量能同时反映爆破振动3要素（振动的强度、频率和持续时间）的作用影响。基于小波包能量谱,获得了爆破振动信号不同频带能量的分布特征,根据受控结构体对爆破振动动态响应特性,首次建立了能考虑爆破振动3要素以及受控建（构）筑物本身的动态响应特性（固有频率和阻尼比）等因素综合的安全判据--响应能量判据,并用工程实例验证了该判据的可行性和可靠性。该判据较之现行的速度-频率安全判据来说,能准确地描述爆破振动对受控建（构）筑物的影响程度,更能全面地评估建（构）筑物爆破地震效应。     

巴丹吉林沙漠南部高大沙丘包气带水分空间分布特征研究

水是影响沙漠生态系统的主要因子,决定着多年生植物的种类和数量。受恶劣的自然条件和研究手段限制,目前对沙漠地区包气带水分时空动态变化的研究相对薄弱。以巴丹吉林沙漠南部湖泊密集区为研究对象,通过随机采样和同一坡向剖面采样,综合运用DCCA和地统计学分析方法,揭示0～10 m较深层包气带沙丘水分的空间变化规律和局部控制因子对包气带水分的影响。结果表明,0～10 m沙丘包气带水分变化曲线呈指数、对数和对数正态分布3种类型,分别受地下水或下伏黏土层的毛管作用、湖心距和综合地形因子控制;影响沙漠包气带水分空间变化的主要局部控制因子与小流域的研究结果差异显著。地形、植被等局部控制因子影响对数分布型包气带水分的深度为表层1 m,而影响对数正态分布型的深度为3～4 m;沙丘水分随相对湖面高程空间变化差异显著,而空间相关距离则不显著。     

防泥包钻头的优化设计与应用

泥包钻头是钻探工程中常见的现象,主要受冲洗液流速影响。采用计算流体力学方法,借助流体模拟软件CFD(Computational Fluid Dynamics),从优化钻头的水力结构参数上设计了一种防泥包钻头,使钻井液在泵量一定的情况下切削刃前和水槽内的流速尽量增大,适用于在易发生泥包的地层中钻进使用。在大庆松科一井应用表明,用这种模拟方式来优化钻头的水力结构设计是一种有效的手段,取得了很好的经济与应用效果。