喀喇昆仑山西北部冰川运动速度地形控制特征

为了探讨地形和海拔对冰川季节和年平均运动速度的影响程度,利用2013-2018年GoLive数据与ASTER GDEM V2数据对喀喇昆仑山西北部3 389条冰川的地形（坡度、坡向、海拔）和冰川运动速度进行了综合分析。结果表明：冰川表面运动速度在物质平衡线处（3 970~4 770 m）达到最快,是冰川积极维持物质平衡的一种体现。坡度平缓地区在不同海拔下的冰川运动速度有明显的差别,但是不同坡度地区的冰川运动速度随海拔变化的趋势基本一致,均呈现先增大后减小。北坡冰川运动速度较平稳,南坡和西南坡的冰川运动速度（均为0.25 m·d^-1）最快并且变化幅度较大,最小值与最大值相差近4倍。冰川运动速度不是呈现单一的季节性变化,同时还会受到地形的控制。低海拔区域冰川运动速度在消融期（3-6月）较快,中海拔区域在消融前（11月至次年2月）较快。     

新资深大断裂变质带特征、成因及活动演化

在前人研究成果和野外调查基础上,对新资深大断裂变质带特征进行系统总结,从宏观构造、显微构造与组构、岩石矿物学、年代学和地球化学等多学科角度综合研究,分析了新资断裂带各类岩石组构成因,并建立了其活动演化期次。新资深大断裂变质带构造岩主要包括定向组构系列岩石和块状系列岩石,主要是由早期的韧性变形变质作用阶段和晚期的脆性破碎作用阶段先后作用形成。越城岭岩体西侧规模巨大的花岗片麻岩带应属新资深大断裂变质带的一部分,属早期活动的产物,其原岩为越城岭岩体,为断裂变质和动力热流变质作用形成。韧性剪切系列岩石按变形变质强度可分为高温高压韧性剪切带和中温高压韧性剪切带,表明韧性剪切作用具有多期性。新资断裂带活动演化主要经历了四个阶段,始于加里东期,至喜山期均有活动,现在的新资断裂带是经过多个阶段不同类型变质作用由东向西不断迁移和相互叠加的结果。     

北京西郊玉泉山地区岩溶水强径流路径地球物理分析

为研究北京西郊玉泉山地区岩溶水径流路径,需查明区内地层结构和断裂构造发育情况,故在玉泉山周边地区开展了综合地球物理勘查工作。完成1∶25000面积性重力测量3670点,在重力数据解释推断成果基础上,有针对性地布设可控源音频大地电磁测深(CSAMT)剖面测量5.1 km及微动测深点4个。综合研究了基岩起伏形态和构造展布特征,新解释推断了10条可能存在的断裂构造。结合区域水文地质资料,对主要断裂的水文地质意义进行了分析,形成了玉泉山地区岩溶水强径流路径新的认识,部分成果与最新的同位素水化学研究成果一致。本研究为玉泉山泉恢复确定合理的回灌方案提供了地球物理依据。     

泥石流对桥墩冲击力的试验研究

泥石流冲毁桥墩是桥梁在遭受泥石流冲击时的常见破坏形式。为了研究泥石流对桥墩的冲击力大小,通过调整黏土、沙、石子、水的不同含量,配置不同流变特性、不同密度的泥石流,使用所配置的原料在泥石流槽内对两种形状（圆形、方形）的桥墩缩尺模型进行冲击,综合考察了流变特性、流速、桥墩形状以及冲击力的关系。试验表明：试验配置的泥石流原料流变特性差异明显,且可以用简单的选择流变仪测得,用牛顿流体或宾汉体描述。泥石流的流速可用曼宁公式求得,而公式中的糙率系数与泥石流黏度满足幂函数关系。相同工况下,不同形状桥墩所受的冲击力差异明显,方形桥墩阻力系数普遍大于圆形桥墩。使用非牛顿流体雷诺数（Re）可以综合反映流变特性和流速,因此,圆墩的阻力系数可表达为Re的函数,而方墩则没有明显关系。为方便工程应用,可根据黏性泥石流、稀性泥石流对圆墩的阻力系数分别为2.3、0.9,对方墩分别为2.6、1.9进行选用。     

坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙力学特征的影响

由坡度和挡墙倾角的改变造成碎屑流冲击力学模型的改变是目前被忽略的问题。在碎屑流冲击倾式拦挡墙物理试验的基础上,利用离散元数值计算方法研究了坡度对碎屑流冲击立式拦挡墙（墙面与地面的夹角为90°）力学特征的影响,依据死区颗粒堆积特征,流动层颗粒冲击特征以及二者的相互作用特征提出了两种新力学模型：由倾斜冲击挡墙向坡面堆积转变的力学模型和考虑流动层对死区冲切摩擦作用的水平直接冲击力学模型。对不同冲击力学模型进行了验证分析,结果表明：坡度和挡墙倾角改变了死区的堆积特征从而改变了流动层的冲击方向和冲击力大小。当坡度小于40°时,碎屑流流动层首先沿死区上覆面倾斜冲击挡墙,在最大冲击力作用时刻,流动在坡面层状堆积,最大法向冲击合力可按静土压力公式估算。随着坡度的增大,在最大冲击力时刻,流动层颗粒直接冲击挡墙,但由于死区颗粒对流动层颗粒具有摩擦缓冲减速作用,大幅降低了流动层对挡墙的直接冲击力。此时死区对挡墙的作用力主要包括3个部分：流动层沿坡面冲击死区,由死区传递至挡墙的冲击力、流动层对死区的冲切摩擦力以及死区自重的静土压力。死区对挡墙作用力占最大法向冲击合力的比例增大至90%左右。当坡度由40°增大到50°时,在最大法向冲击合力作用时刻,流动层对死区的冲切摩擦力占最大冲击力的比例由15%增大到49%,流动层与死区之间的摩擦系数由滚动摩擦系数转变为静摩擦系数。提出的流动层对死区的冲切摩擦力为碎屑流冲击刚性挡墙力学计算模型提供了新的研究思路。     

岩质滑坡−碎屑流的运动距离计算公式研究

滑坡?碎屑流的远程运动距离是碎屑流体所能够达到的最大堆积距离,是灾害预警和评估的重要指标。通过总结已有碎屑流运动距离研究成果,从岩体势能入手开展研究,并结合量纲分析,首先建立了运动距离与势能之间的基本方程。其后,采用4种颗粒材料开展岩质碎屑流滑槽试验,研究碎屑体体积V、滑移区坡度?、碎屑粒径d以及最大垂直运动距离H等对碎屑流运动距离L的影响,通过逐步拟合回归,建立了基于势能的岩质滑坡?碎屑流最大水平运动距离的计算公式。最后,采用汶川地震触发的38个岩质碎屑流以及17个其他典型岩质滑坡碎屑流数据对计算公式进行了验证,结果表明,考虑该运动距离计算公式具有较好的可靠性,能够为山区滑坡?碎屑流灾害预警工作提供理论指导。     

甘肃天水地区渭河南岸大砂沟泥石流发育特征

以天水地区渭河南岸大砂沟泥石流沟为研究对象,通过野外地质调查以及历史资料的统计,初步了解该泥石流的形成条件、松散物源的补给条件、活动历史;详细研究了该泥石流的运动特征,并提出了相应的治理措施。结果表明:该泥石流沟上游三面不稳定斜坡体上的堆积物和大砂沟沟道内的松散堆积物为该泥石流的主要物源;通过统计分析,在极端降雨天气条件下计算得到洪峰流量为355. 26 m3/s。该泥石流沟仍存在暴发大规模泥石流的可能性,一旦泥石流发生,将对下游甘谷县城居民的生命财产安全造成严重的威胁。研究成果可为天水地区泥石流的防灾减灾提供科学依据。     

Topographical controls on small‐volume pyroclastic flows

Emplacement of small‐volume (<0·1 km³) pyroclastic flows is significantly influenced by topography. The Arico ignimbrite on Tenerife (Canary Islands) is a characteristic small‐volume pyroclastic flow deposit emplaced on high relief topography. The pyroclastic flow flowed down pre‐existing valleys on the southern slopes of the island. In proximal areas deep (up to 100 m) valleys acted as efficient conduits for the pyroclastic flow, which was mostly channelled; in this particular area the ignimbrite corresponds to a homogeneous, moderately welded deposit, consisting of flattened pumices in an abundant ashy matrix with a relatively low lithic fragment content. In intermediate zones significant changes occur in the steepness of the slope and, although still channelled, here the pyroclastic flow was influenced by hydraulic jumps. In this area, two different units can be clearly distinguished in the ignimbrite: the lower unit is composed of a lithic‐rich ground‐layer deposit that formed at the turbulent, highly concentrated head of the flow; the upper unit consists of a well welded pumice‐rich deposit that occasionally reveals a basal layer formed by shearing with the lower part. This division into two units is maintained as far as distal areas near the present‐day coastline, where the slope is very gentle or null and the ignimbrite is not channelled. The ground layer is not found in distal areas. The ignimbrite here only consists of the upper unit, which is occasionally repeated due to a surging process provoked by the lower flow speed, as the pyroclastic flow spread out of the channelled zone. A theoretical model on how topography controlled the deposition of the Arico ignimbrite is derived by interpreting the observed lithological and sedimentological variations in terms of changes in topography and bedrock morphology. This new model is of general applicability and will help to explain other deposits of similar characteristics.     

岩溶洞穴交互带概念的提出及其在水资源管理中的意义

岩溶地区以管道流为主的地下水补给、径流与排泄常常引起地下水与地表水间快速且频繁的交互与转化,并因此引发水环境退化问题。文章引用并拓展地表水文学和水文生态学中交互带的概念,提出南方岩溶地区管道流与其他类型水体交互的场所为岩溶洞穴交互带,并依据交互带的水流类型和交互方式,划分为泉口交互带、天窗交互带、落水洞交互带和管道交互带4种类型;且以泉口交互带和天窗交互带为重点,采用水文和水化学在线监测、现场测试、流量测量,结合水化学、浮游生物和微生物等的分析鉴定,剖析了交互带的水文、水化学特征和水生生物群落结构及其与水环境的关系。研究发现:岩溶洞穴交互带的水文功能有弱化趋势;泉口交互带的污染物降解能力明显,水化学功能尚能发挥作用;水生生物功能在退化,主要是由水文功能弱化导致的。水文功能弱化是岩溶洞穴交互带环境功能退化的重要原因。建议在岩溶地区的水文地质和环境地质工作中重视交互带,探索交互带的探测和监测技术,通过有效管理改善交互带的环境功能。      

有限空间中三维壁面紊动射流流动特性试验研究

为了研究三维壁面紊动射流前方布置的垂直挡板对时均流动特性的影响,采用粒子图像测速技术对不同雷诺数和淹没水深条件下的流速场进行了测量,统计分析了U速度剖面分布、速度半宽值变化和最大速度衰减规律。结果表明:沿射流方向具有3个明显不同的衰减区,依次划分为自由边界下的三维壁面射流区（Ⅰ区）、垂直挡板影响区（Ⅱ区）和近壁区（Ⅲ区）。在重点分析的Ⅱ区内,3个特征物理量的分布规律均与雷诺数无关;在垂直挡板影响下,速度半宽值扩展率明显加快,发展更为充分;在水深H~1.75H范围内,射孔中垂面内速度半宽值扩展率为0.043,同时0.5H的递增对射孔中心水平面内速度半宽值的分布较为敏感,其扩展率由0.205增至0.270;最大速度衰减对水深的改变并不敏感,且在Ⅱ区加速衰减,衰减指数为1.095。通过与半无限空间中三维壁面射流径向型衰减区的流动特征比较,Ⅱ区与之相似,将Ⅱ区视为提前进入径向型衰减区。