盾构下穿高铁路基变形规律模型试验研究

为了探究盾构下穿施工对高铁路基U型槽结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市轨道交通4号线下穿京石高速铁路路基为工程背景,基于几何相似比配制了地层和结构模型试验材料,设计了试验监测系统,采用φ1 200 mm小型盾构机进行了盾构隧洞顶距路基管桩底不同距离的2组室内模型试验。结果表明：随着距离盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为2倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道顶距离分别为0.5倍洞径和1倍洞径时沉降最大差值为10%;U型槽结构与相邻地层间产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于74%。建议管片拼装完成后采用保水性好且有一定早期强度的注浆填充材料,以控制沉降变形,同时进行地层深孔注浆,及时充填松动地层孔隙,增加地层密实度。     

不同沉降方式下埋地管道力学响应试验研究

地层塌陷和沉降引发的埋地管道事故频发,亟需开展不同沉降作用下力学响应试验研究。针对地层塌陷和沉降作用下油气埋地管道的管周应变、土压力和土体变形开展了系统研究。研究发现：地层塌陷和沉降过程中,受管顶土拱效应影响,管道应变及土压力随塌陷区扩展先增大后减小,随沉降区扩展而增大,塌陷和沉降区内,管道沿轴向呈两端凸起、中间下凹的“马鞍形”;管道变形受沉降影响更为显著,当塌陷和沉降量均为50 mm时,与地层塌陷相比,管道在沉降过程中顶部、底部和中部的最大应变值分别增加了18.8%、249%和273%;对比管周土压力增大和减小区域的面积之比λ可知,地层沉降较塌陷λ提高了78%,因此,管道在地层沉降过程中承受更大的作用力。基于修正Marston土压力计算模型,提出了地层沉降过程中管顶竖向土压力计算方法,并采用模型试验结果验证了该方法的准确性。     

岩溶塌陷机理研究进展

岩溶塌陷机理是开展岩溶塌陷监测、预警、防控及治理工作的基础。长期以来,岩溶塌陷机理研究都是以事后调查的定性推测为主,缺乏必要的科学观测数据支持,导致目前的岩溶塌陷机理仍然处于假设阶段,并成为岩溶塌陷灾害监测预警与防治方面的理论瓶颈问题。文章总结了近年来国内外岩溶塌陷机理的最新研究进展,提出目前的岩溶塌陷机理都可以归结为土岩体的渗透变形,但其临界或破坏指标还需进一步探讨,此外指出随着高频采样的水压力、加速度计及声波等传感器的实用化,塌陷机理研究将面临着从静水压力到动水压力方面的挑战,并且压力脉动造成的气蚀破坏、共振破坏也将是下步探究的重点。     

新时代花岗岩的新理论：花岗岩四阶段理论探讨

花岗岩的成因既是古老的问题,也是当前急迫的科学前沿。100年前花岗岩的火成论与变成论之争,以火成论压倒变成论而收兵。近百年的研究证明,火成论并非完美,关键是玄武岩浆分离结晶成花岗岩的机理受到严峻的挑战。而今,花岗岩源自下地壳变质出熔已经成为不争的事实,说明花岗岩的源头是变质岩。关于花岗岩成因的理论很多,经过多年的筛选,可能花岗岩形成的四阶段理论(从产生、分凝、上升到侵位)是比较合适的。在对该理论详细研究的基础上,本文提出了一个新的花岗岩四阶段理论：从产生、形成、上升到侵位。这是对花岗岩形成过程的描述。如果强调花岗岩形成的机理,则可表述为从出熔、聚集、上升到侵位。四个阶段分为两段：产生和形成(出熔和聚集)是升温过程;上升和侵位是降温过程。该理论的核心是本文提出的“下地壳岩浆房”的猜想,这指的是由部分熔融产生的熔体经聚集形成的巨大空间。首先,这个猜想解决了下地壳岩浆的空间占位问题。由于下地壳原地部分熔融熔出的产物(熔体+残留体)仅仅是物质组成形式发生了变化,不存在空间占位问题,下地壳总体积基本不变。只要存在持续的地幔加热过程,岩浆房体积可以逐渐增大一直到变得非常大。其次,关于花岗岩上升的驱...     

珠三角丘陵山区岩溶塌陷发育特征及地质模式—以广州北部为例

岩溶塌陷是珠三角岩溶区主要的地质灾害之一。本文以广州丘陵山区为研究区,利用2016~2018年1:50 000环境地质调查成果,分析岩溶塌陷发育现状和特征,研究岩溶塌陷形成地质模式,并提出防治措施建议。结果表明：广州丘陵山区累计已发生岩溶塌陷地质灾害35处,空间分布上具有集中性和反复性特征,时间分布上具有持续性和周期性特点;岩溶塌陷均为碳酸盐岩型的小型土层塌陷,以人为因素诱发为主,自然因素诱发为次,主要危害形式为建筑损坏和农田破坏;岩溶塌陷形成地质模式主要有潜蚀效应致塌,潜蚀、失托增荷和吸蚀效应叠加致塌,潜蚀和振动效应叠加致塌和潜蚀和垂直渗压效应叠加致塌等四种;从上层决策和工程技术角度提出了岩溶塌陷防治措施,为打造广州北部生态农业区和生态公园,建设美丽宜居岭南乡村提供地质科学依据。     

采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源影响试验研究

采煤塌陷引起的地裂缝不仅造成地质灾害,还会影响矿区植被的生长发育,破坏矿区生态系统。为深入探讨采煤塌陷裂缝对沙蒿吸水来源的定量影响,在神东矿区活鸡兔井田22312工作面选取了受采煤塌陷裂缝影响程度不同的3个试验区进行同位素标记水模拟降水试验。3个试验区根据沙蒿与裂缝的距离不同划分,其采煤塌陷情况分别为未开采区(试验样地内沙蒿距离裂缝大于50 m)、受采煤塌陷影响但无明显裂缝区(简称无明显裂缝区,试验样地内沙蒿距离裂缝大于5 m)以及裂缝区(试验样地内分布有宽度15 cm左右的裂缝通过,且距离沙蒿0~20 cm)。本次试验选择6株沙蒿作为研究对象,划分6个土壤剖面,采用液态水同位素分析仪LGR和Isoprime 100同位素比值质谱仪IRMS分别计算不同土层土壤水和植物样本木质部水的δ18O和δ2H同位素含量,并利用R脚本的MixSIAR贝叶斯混合模型量化降水后不同土层对沙蒿吸水的贡献,探讨土壤水分补给机制和植物水分来源。结果表明:(1) 裂缝区的优先流比例为18.2%;(2) 在未开采区,沙蒿吸收的59.7%的水分来自10~20 cm的土层;(3) 在无裂缝区,沙蒿主要从40~60 cm土层(46.6%)和0~10 cm土层(39.4%)吸水;(4) 在裂缝区,沙蒿吸收的85.9%的水分主要来自40~60 cm的土层。研究结果对揭示采煤塌陷裂缝区土壤水补给机制以及沙蒿吸水模式具有重要意义。      

地面核磁共振测深方法在武汉市岩溶地面塌陷探测中的应用研究

岩溶地面塌陷是隐伏岩溶区常见的地质灾害类型之一,是制约武汉市城市规划和建设的重大地质环境问题。地下水对岩溶地面塌陷的形成和发展发挥着至关重要的作用,地面核磁共振测深方法是目前唯一直接探测地下水的地球物理方法,对地下水探测具有独特优势。本文介绍了地面核磁共振测深方法在探测岩溶塌陷区地下含水层方面的潜力,并在武汉市岩溶塌陷区内外开展了探测实验,结果表明:地面核磁共振测深反演的含水量参数可辅助划定含水层顶底板埋深,确定含水层厚度,并量化含水层富水性特征;弛豫时间参数指示了含水层孔隙度大小,可为岩溶发育程度、岩溶裂隙充填情况等提供参考。结合钻孔资料,验证了地面核磁共振测深方法在岩溶塌陷区地下含水层探测中的可行性。      

龙门县某石灰岩采石场帷幕止水工程及注浆效果评价

龙门县石灰岩储量丰富,是广东省最大水泥生产基地之一。采石产业带动当地经济快速发展的同时产生了一系列环境地质问题。某石灰岩采石场前期对矿区环境地质条件研究程度不足,在开采过程中意外揭穿断裂F1控制的岩溶导水裂隙带,北侧地下水向采坑排泄,涌水量约3 000 m3 ? d-1。随着地下水位的下降,矿区北部陆续产生17处岩溶塌陷,引起多座房屋开裂,对当地居民的生产生活安全造成威胁。文章基于地面岩溶水文地质调查,运用地球物理勘探和钻探等方法,探明该区域地下岩溶发育分布特征,制定帷幕止水方案,并采用综合检测方法（高密度电阻率法、钻孔抽芯、压水试验和地下水位动态监测）对帷幕的注浆效果进行评价。帷幕两侧地下水位动态监测可以综合反映止水效果及其随时间的变化,建议保留监测设备,继续做好监测工作。检测结果表明,浆液基本完成对帷幕轴线方向上溶洞、岩溶管道、裂隙的填充,帷幕两侧形成稳定的水位差,涌水点的流量明显减小,帷幕的止水效果显著。      

基于FLAC3D不同降雨速率下土洞致塌规律研究

针对桂林市临桂区岩溶塌陷易发区域,采用FLAC3D模拟不同降雨速率下的强降雨入渗过程,探究不同直径土洞在强降雨作用下的致塌规律,结果表明:（1）强降雨条件下,不同直径土洞最大位移均出现在洞顶部。降雨速率相同,洞顶竖向位移增长速率随土洞直径的增加呈整体加快的特点;加快降雨速率,竖向位移增长明显,竖向位移与土洞大小呈正相关。（2）相同降雨速率下,土洞直径增大会引起土洞底部剪切破坏区域进一步扩展。上覆土层在强降雨初期主要受到潜蚀作用,加快降雨速率,土洞底部水位剧烈波动对上覆土体产生的水击气爆成为主导作用,剪切破坏速率加快,洞趾剪切应变明显增加,当土洞直径达到3 m时,水位波动愈加剧烈,加速上覆土层破坏。（3）降雨速率的变化对土洞塑性区拓展范围具有不同程度的影响,较大直径的土洞在加快降雨速率时塑性区拓展范围明显扩大,即土洞大小、降雨速率对上覆土层稳定性具有较大的影响。研究结果为定量研究强降雨与上覆土层塌陷的关系提供了依据,对有效、合理地预警岩溶塌陷具有一定的意义。