基于NSGA-Ⅱ遗传算法的黄土滑坡参数反分析与稳定性预测

甘肃省永靖县黑方台台塬周边区域由于黄河移民大规模农业灌溉诱发了众多黄土滑坡灾害,其稳定性分析与滑面预测可为防灾减灾提供重要支撑,显得尤为重要.黑方台黄土滑坡具有渐进后退式的失稳特征,已发生滑坡灾害与潜在滑坡灾害具有高度相似性,其反分析结果可为未来滑坡稳定性分析提供重要数据基础.选用有限差分强度折减法,通过设定3个目标优化函数（土体抗剪强度参数均值误差函数、滑面位置误差函数和稳定性系数误差函数）,基于NSGA-Ⅱ遗传算法开展稳定性反分析获取黄土的粘聚力和内摩擦角.以黑方台党川2#滑坡为例,通过第一次滑动时观测到的滑面信息,并假设其稳定性系数等于1,利用NSGA-Ⅱ算法反分析得出当滑坡发生时,天然黄土层粘聚力为28.20 kPa,内摩擦角为25.16°,饱和黄土层有效粘聚力为16.59 kPa,有效内摩擦角为16.11°.基于该反分析结果,对党川2#滑坡后续3次失稳的稳定性系数和临界滑面进行了预测,并与实际观察结果对比验证.研究结果表明,通过多目标约束优化算法开展滑坡稳定性反分析可获得更加合理的黄土强度参数估计,为黑方台地区滑坡稳定性分析和风险定量评估提供了新的解决思路.     

靖远地区大厚度黄土地基浸水湿陷过程及土中竖向应力特征试验研究

为了研究靖远大厚度黄土在浸水条件下的水分入渗规律和自重湿陷变形特征,在中兰铁路沿线的靖远北站黄土自重湿陷场地进行了不打注水孔的现场浸水试验,监测并分析了地表及地下湿陷变形、试坑周围裂缝、含水率和土中竖向应力变化情况,对水分扩散规律、自重湿陷特性和土中竖向应力变化规律进行了研究,并对地区修正系数β0值和浸润角进行了探讨。结果表明：体积含水率变化分为浸水稳定（2个）、快速增加（1个）和缓慢增加（1个）共4个阶段;浸水过程中,水分在21m处竖向入渗加快、径向扩散减缓,湿润峰最终形态呈现为椭圆状。根据探井和钻孔含水率测试结果,推算出浸润角最大为41°。该场地黄土自重湿陷过程历经剧烈湿陷、缓慢湿陷和固结稳定3个阶段。试验结束时共计发展了13圈环状裂缝,裂缝最远处距试坑边缘26m。根据室内试验和现场测试结果,建议地区修正系数沿土层深度进行修正,0～10m内β0值取1.05,10～27 m内β0值取0.95。在地表至21 m深度范围内,地基土浸水饱和且湿陷充分,土中竖向应力沿深度呈线性增加,土中竖向应力接近饱和自重应力,21m以下的地基土未能充分湿陷,土中竖向应力逐渐减小。该研究成果可应用于中兰铁路...     

基于黄土隧道洞口浅埋段的Peck公式修正

黄土隧道洞口施工地表沉降开裂影响施工安全,以往采用Peck公式进行研究,存在预测精度等问题。为更准确地预测黄土隧道洞口浅埋段地表沉降,以临夏-大河家高速公路胡林家隧道为例,基于进口段实测数据,采用线性回归法对Peck公式进行优化。引入最大沉降量S_max修正系数α、降槽宽度i的修正系数β和隧道开挖进尺对最大沉降量影响的系数α₁,确定修正系数得出Peck修正公式。基于洞口浅埋段开挖进尺与最大沉降间的影响关系,发现埋深对S_max修正系数与沉降槽宽度的作用规律,构建黄土隧道洞口浅埋段施工参数对地表沉降关系模型。实测数据样本点分布在修正后的Peck公式上下限之间,修正后的Peck公式误差减少,对临夏等地区黄土隧道洞口浅埋段的适用性较好。     

泾阳南塬黄土斜坡结构面发育特征及其影响效应

黄土斜坡中常发育有大量的结构面,这些结构面不仅破坏土体的连续性,同时对斜坡的渗流场、变形场甚至稳定性产生显著的影响。本文以泾阳南塬为研究区,通过现场调查和室内试验及数值模拟等方法,对结构面的发育特征和影响效应进行了系统研究。取得主要结果包括：(1)考虑结构面的形成原因及其对坡体的影响效应等,从宏观、细观及微观3个尺度提出了黄土结构面的分级分类方法,将黄土结构面分为5级,两个大类和25个小类。(2)根据现场实测结果,研究区结构面多分布在距坡肩较近位置,且其走向与坡面走向基本一致,结构面的延伸长度、张开度及错动高差等随其距坡肩距离的增加而增大。(3)由数值模拟结果可见,距坡肩不同距离和不同深度的结构面扩展特性及其对坡体变形破坏的影响差异较大。距坡肩较近和较深的结构面在重力作用下更容易扩展。随着结构面与坡面距离的增加,坡体稳定系数先减小后增大并逐渐趋于一个稳定值。随着结构面深度的增加,坡体稳定系数逐渐减小,最终趋于一个稳定值。研究结果可为黄土边坡的稳定性评价提供一定的地质依据。     

首届人类世科学大会在西安成功举办

2023年6月17—18日,首届“人类世科学大会”在古都西安成功举办,本次会议由中国地质学会主办,中国地质学会人类世研究分会、中国科学院地球环境研究所、黄土科学全国重点实验室（筹）、陕西省基础学科（地球系统科学）研究中心共同承办。     

兰州第四纪黄土/古土壤序列物源演变: 来自于碳酸盐矿物的证据*

黄土/古土壤的物源研究对于揭示第四纪气候变化和青藏高原隆升历史具有重要意义。本研究以位于黄土高原西部1.4 Ma以来的兰州黄土/古土壤沉积序列为研究对象,基于X射线衍射技术分析了黄土/古土壤中的主要矿物组成,侧重于碳酸盐矿物含量,追溯了兰州黄土/古土壤的直接物源。结果显示: (1)1.4 Ma以来兰州地区黄土/古土壤沉积物的主要直接源区为柴达木盆地沙漠区和阿拉善干旱区。(2)基于二元混合模型计算的潜在原始源区对兰州黄土白云石和总碳酸盐矿物的相对贡献率以及长石与石英比值结果一致支持1.4 Ma以来兰州黄土原始物源发生了多次变化。1.4~1.1 Ma和0.9~0.3 Ma青藏高原东北缘造山带(昆仑山、祁连山)和中亚造山带对兰州黄土的贡献相当,而1.1~0.9 Ma和0.3 Ma以来,中亚造山带对兰州黄土的物源贡献增加,这可能分别是对中更新世气候转型和0.3 Ma以来青藏高原及邻近地区干冷气候增强的响应。1.15 Ma和0.8 Ma兰州黄土/古土壤中高的白云石含量、碳酸盐矿物总含量以及0.8 Ma长石与石英比值的快速升高可能是对“昆黄运动”的响应,进而造成了昆仑山、祁连山对黄土高原物源贡献的增加。     

青藏高原东缘湖相沉积和黄土高原黄土沉积磁化率与粒度相关性对比*

为探讨构造稳定地区(如黄土高原)和构造活跃地区(如青藏高原东缘)粉尘沉积物中磁化率(SUS)与粒度的相关性及其对环境事件的指示意义,本次研究分析了黄土高原蓝田剖面黄土—古土壤样品和青藏高原东缘湖相沉积样品的粒度和磁化率记录。黄土高原黄土—古土壤沉积SUS与2~10 μm粒度组分最强正相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与2~10 μm粒度组分最强负相关,反映2~10 μm粒度组分为黄土高原和青藏高原乃至亚洲干旱—半干旱地区连续稳定敏感的背景沉积组分。黄土高原黄土—古土壤沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强负相关,青藏高原东缘湖相沉积的SUS与32~63 μm粒度组分最强正相关,反映32~63 μm粒度组分不仅是黄土高原尘暴事件沉积的敏感指标,也是青藏高原东缘湖相沉积记录的地震事件敏感指标。SUS与粒度组分的相关性在青藏高原东缘地区地震事件层开始部分高于结束部分,也较好地反映地震事件为研究区添加新鲜沉积物后随地形地貌恢复逐步减少的过程。SUS与粒度组分相关性也受当地物源的影响。     

梯田型黄土滑坡隐患发育特征与成因分析

黄河流域地质构造活跃、地貌演化迅速、气候区域分异显著,导致流域内重大灾害类型多、分布广、突发性强。文章以宁夏南部黄土丘陵区为研究区,引入梯田型黄土滑坡隐患的概念,通过结合历史资料收集、遥感影像解译、现场调查和数理统计等手段,分析了梯田型黄土滑坡隐患的发育特征、分布规律及形成原因。结果表明:（1）研究区梯田型黄土滑坡隐患共26处,主要分布于第四系黄土中,中长边坡数量较多,主要为浅层与中层梯田型黄土滑坡隐患,规模以小型为主。（2）梯田型黄土滑坡隐患在空间上主要分布在黄土梁峁区和大起伏山地区,1 800~2 000 m的高程区间,坡向为东南、南、西南时分布较多;在时间上主要分布在雨季或地震活动时期。（3）地形地貌、地层结构、降雨、地表水和人类工程活动是梯田型黄土滑坡隐患发育的主要因素。研究结果对于宁夏南部黄土丘陵区以及黄河流域梯田型黄土滑坡隐患风险识别与风险管理具有指导和借鉴意义。     

考虑温度效应的延安新区压实黄土全吸力范围持水和渗透特性研究

干旱和半干旱黄土地区的压实土路基、垃圾填埋场黄土盖层等的持水特性和渗透特性均受温度影响。为了探究温度对全吸力范围内压实黄土水力特性的影响规律和内在机制,基于滤纸法和自行研发的小土柱试验装置对不同温度下延安新区压实黄土的土-水特征曲线(SWCC)以及渗透性曲线(HCC)进行测定。结果表明:在黄土SWCC的高吸力段体积含水率随温度升高而减小,低吸力段受温度影响不明显;黄土渗透曲线则是在低吸力段受温度影响显著,温度越高渗透性越强,当土体吸力增大或体积含水率减小至一定值后,温度对土体渗透性的影响可忽略不计。基于此结果,将改进的van Genuchten(VG)模型作为可考虑温度影响的SWCC预测函数,通过拟合实测数据得出温度相关参数并进行验证;对于渗透性曲线,以90 kPa基质吸力为分段点,在低吸力段和高吸力段分别采用统计模型和幂函数进行分段预测,能够得到与实测数据吻合较好的预测结果。     

新源县加朗普特特大型滑坡地质结构探测及老滑坡影响综合研究

对体积巨大但数量占比很小的特大型黄土滑坡,除区域地质背景、强降雨诱发、非饱和土力学分析和稳定性模拟计算外,还需从中小尺度地质构造和沉积相变中寻找其与众多中小型滑坡发生和分布差异性原因。以2002年5月发生体积达2275×104m3的新源则克台加朗普特特大型滑坡为例,作者采用沉积相变分析、高密度电法探测、中小尺度地质构造解译和水文地质条件变化对比等技术方法,揭示了该特大型滑坡系NWW向区域断裂和场区隐伏NW向断裂控制下早在1985年12月之前就已发生的特大型老滑坡,其后受强降雨作用及水文地质条件变化而中后部复活而向西运动的机理。组成该滑坡群的3个不同形状和滑向的滑坡不是同时出现,中下部不动体是受NW向断裂控制的条带状隆起基岩。本文所提断层和相变影响下加朗普特滑坡受地震始发而强降雨诱发的新模式,可望为该滑坡不同阶段稳定性分析和穿行的S316道路利用不动体跨越式整治提供依据。