Provenance discrimination of fine sediments by mid-infrared spectroscopy: Calibration and application to fluvial palaeo-environmental reconstruction

Determining sediment provenance allows a better understanding of fluvial palaeo-dynamics, and identifying involved watersheds, at broad spatio-temporal scales. Conventional approaches for source identification are usually based on the physical, mineralogical, geochemical, magnetic or isotopic properties of sediments. Rapid, non-destructive and, in well-established contexts, highly accurate, mid-infrared spectroscopy is an alternative method for investigating sediment sources. The present research objectives are: (i) to use the mid-infrared spectroscopy method to discriminate the provenance of fine sediments, by applying discriminant analysis on a large set of reference samples from three different watersheds in the Upper Rhine area (associated with the Rhine, Ill and Vosges tributaries); (ii) to clarify whether the provenance spectra signatures are influenced by riverine depositional contexts (bars versus banks) and, to some extent, by grain size and/or high organic matter content; and (iii) to apply the mid-infrared spectroscopy – discriminant analysis method to a study of fluvial palaeo-dynamics and determine the provenance of palaeo-channel infillings. Three main sedimentary sources, divided into eight sub-categories, have been characterized by 196 modern reference samples from 78 collecting sites. Discriminant analysis displayed a strong separating power by classifying correctly the origin of samples without any inter-group overlap, independently from the geomorphological context (bar or bank) and associated slight changes in organic matter contents or grain size. Mid-infrared spectroscopy – discriminant analysis investigations of the palaeo-channel infill, complemented by radiocarbon dates and mineralogical data, allowed reconstructing general trends for the local morpho-sedimentary dynamics over the last ca 12 millennia.     

不同应力条件下断裂带结构发育特征探讨

脆性断层断裂带内部结构主要包括破碎带和诱导裂缝带两部分。断层性质、断层活动性、埋深、断层两盘（主动盘、被动盘）、岩石力学性质、距离断层远近、断层组合规律等都可以成为影响断裂带内部结构发育的因素。通过讨论不同的应力条件下断裂带内部结构的发育特征,认为正断层形成的破碎带范围较小,裂隙形态不规则,诱导裂缝带中发育张裂隙和剪裂隙;由逆断层作用形成的破碎带范围较大,诱导裂缝带主要是由张裂隙和剪裂隙组成。由平移断层作用形成的破碎带延伸较稳定。     

膨胀土干湿循环胀缩裂隙的定量分析

为研究膨胀土在降雨与蒸发过程中的胀缩裂隙演化规律,对原状膨胀土进行干湿循环的CT扫描试验。利用Matlab软件编写程序对土体CT图进行三维体重建以及裂隙信息的提取,从定性与定量的维度研究土体三维空间裂隙与干湿循环之间的关系。定性研究发现,裂隙发育开始于土体内部初始孔洞与微纹裂等薄弱处,并扩展延伸,形成裂隙面、裂隙体,最后形成复杂的三维裂隙网络;随着干湿循环的进行,裂隙面积和体积逐渐增加,最后趋于稳定。定量研究发现,裂隙面积沿试样轴向的分布具有明显的周期性规律,随着干湿循环的进行,周期逐渐减小,振幅A先增加后减小;裂隙开展分为3个阶段,即裂隙酝酿期、裂隙快速发育期和裂隙平稳发展期,而裂隙发育主要发生在裂隙快速发育期。得出了试样径向裂隙面积、轴向高度与累计干缩体变之间的近似关系,以裂隙体积定义了符合Logistic函数变化规律的扰动函数,可以预测裂隙在试样局部的发展及分布情况,为裂隙膨胀土的渗透特性以及整体与局部的应力、应变研究提供参考。     

西安地铁2号线隧道穿越地裂缝带的设防参数

基于西安地裂缝成因、基本特征和未来活动趋势分析,通过几何缩比为1：5的地裂缝活动模型试验和地裂缝活动对盾构隧道影响的数值模拟计算,研究了西安地铁2号线隧道正交穿越地裂缝带的设防参数。通过分析地裂缝年平均活动速率和历史最大活动量,确定了与地铁2号线相交的各条地裂缝的最大垂直位移量的预测值和设计建议值。模型试验和数值模拟结果表明,正交条件下地铁隧道在地裂缝活动地段的设防宽度为60 m,即上盘为35 m,下盘为25 m;沿隧道纵向地裂缝两侧地层变形规律呈现台阶状突变变形,隧道纵向设计可将上盘视为整体下降来考虑;地铁隧道穿越地裂缝带必须分段设缝以适应地裂缝的变形,其分段长度在地裂缝主影响区按10 m进行设防,在一般影响区可按10～15 m进行分段设防。研究结果可为地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。     

苏锡常地区地裂缝地质灾害形成机理分析

从苏锡常地区特定的地质环境背景条件出发,系统分析了地裂缝地质灾害的形成机理,即基岩起伏形态差异、第四纪沉积结构差异和水文地质条件差异是引发地裂缝灾害的内在条件,长期过量开采地下水是诱发地裂缝灾害的外在因素.通过对地裂缝灾害成因类型的系统划分,为今后进一步进行地裂缝灾害分区评价、防治规划等工作提供了先导性意见和理论基础,具有积极的现实意义.     

地裂缝场地施工降水对地表沉降和地层应力的影响研究

地裂缝是西安市典型的城市地质灾害，地下水位的变化是诱发地裂缝活动的重要因素。以西安地铁六号线暗挖段施工降水为研究背景，基于有限元数值模拟计算，分析了地裂缝场地施工降水引起的地表沉降规律和地层应力变化特征。计算结果表明:当地下水位下降时，地表沉降量上盘大于下盘，地裂缝带两侧地表存在差异沉降的现象，最大差异沉降量与地下水位下降深度近似呈直线关系；不同位置处地表的横向沉降呈现出"Z"形的变化特征，差异沉降区随地裂缝位置的变动而变化，且差异沉降量与横向地表位置近似呈二次函数曲线关系；地层竖向应力随着地下水位下降而增大，地裂缝位置处地层应力存在突变现象，上下盘应力影响区与地层深度近似呈三次函数曲线关系；基于分层总和法计算了地下水位下降时地表沉降量的解析解，并与数值模拟结果进行对比，发现两种方法计算结果基本一致，得到了计算地表最大沉降量的经验公式。研究结果可为地裂缝场地地铁隧道及其他地下工程安全施工提供科学指导。      

浑河断裂带地质灾害发育特征及其成因机制

浑河断裂带是辽宁抚顺地区最为重要的一条活动断裂。为了深入调查沿浑河断裂带地质灾害发育情况,了解灾害形成与先存断裂之间的关系,为同类型灾害的防治和预警提供科学依据。本文采用现场调查方法,结合地面变形监测资料,厘清了浑河断裂带灾害类型和发育规律,剖析了断裂带灾害的形成机理。研究结果表明：断裂隐伏区地裂缝发育,主要沿浑河断裂带分支断裂展布,裂缝延伸长度300～2 400 m;其成因是抚顺城区南部采矿活动诱发了先存软弱断裂面局部拉裂、张开,进而向地表扩展、贯通,形成地裂缝。在断裂延伸的基岩地区沿断裂破碎带及影响带发育小型滑坡,主滑方向与断裂走向垂直或大角度斜交;其形成机制与岩体内部发育的结构面有关,尤其是顺坡向优势结构面的发育,其与坡体耦合形成易滑结构体,在长期降雨作用下,结构面软化、贯通及岩土体加速蠕滑,最终形成滑坡。     

煤层采空区“三相”的激发极化特征

激发极化法对煤层采空区、采空积水区、裂隙富水区等情况的探测,可以取得不同的响应特征,具有良好的区分效果。将该方法的物理-电学特性与土力学理论相结合,从土力学中的\     

粉细砂地层防渗帷幕综合施工方法

四川省武都水库右岸EL574 m灌浆平洞揭露出厚度2.3～9.8 m的粉细砂层,普通水泥高压灌浆无法形成可靠的防渗帷幕。采用高压旋喷、湿磨细水泥、化学灌浆的组合处理方式,取得了较好的施工效果。通过钻孔压水、大功率声波CT、单孔声波、钻孔全景数字成像等方法检测,表明达到了设计防渗要求。     

厦门花岗岩残积土物理力学指标关联性定量表征初探

厦门地区花岗岩残积土的颗分试验表明其粒度呈“两头多,中间少”的特征,级配较独特。孔隙比等物性指标与压缩模量等设计中常用指标定量关联性不强,离散性大且没有明显规律。结合厦门地铁工程地质勘察资料,通过粒间状态参量、级配控制模式确定所研究土体的关键物理状态参量,分析该参量与岩土工程设计中常用指标之间的相关关系。结果表明,引入Thevanayagam提出的粒间孔隙比作为参变量,压缩模量随粒间孔隙比的增大而减小,建立了估计残积砾质黏性土、残积砂质黏性土压缩模量的经验公式。级配控制模式下的特征粒径比可以作为估计花岗岩残积土抗剪强度指标的关键参变量,黏聚力随特征粒径比的增大而增大,内摩擦角随特征粒径比的增大而减小,且线性相关性较好。文中建立的预测花岗岩残积土压缩模量、抗剪强度指标经验公式,可供厦门地区工程设计时参考。