Centrifuge modelling of landslides and landslide hazard mitigation: A review

Landslides are serious geohazards that occur under a variety of climatic conditions and can cause many casualties and significant economic losses. Centrifuge modelling, as a representative type of physical modelling, provides a realistic simulation of the stress level in a small-scale model and has been applied over the last 50 years to develop a better understanding of landslides. With recent developments in this technology, the application of centrifuge modelling in landslide science has significantly increased. Here, we present an overview of physical models that can capture landslide processes during centrifuge modelling. This review focuses on (i) the experimental principles and considerations, (ii) landslide models subjected to various triggering factors, including centrifugal acceleration, rainfall, earthquakes, water level changes, thawing permafrost, excavation, external loading and miscellaneous conditions, and (iii) different methods for mitigating landslides modelled in centrifuge, such as the application of nails, piles, geotextiles, vegetation, etc. The behaviors of all the centrifuge models are discussed, with emphasis on the deformation and failure mechanisms and experimental techniques. Based on this review, we provide a best-practice methodology for preparing a centrifuge landslide test and propose further efforts in terms of the seven aspects of model materials, testing design and equipment, measurement methods, scaling laws, full-scale test applications, landslide early warning, and 3D modelling to better understand the complex behaviour of landslides.     

Numerical determination of pressure-dependent effective thermal conductivity in Berea sandstone

In this paper, the methods of digital rock physics are applied to determine pressure-dependent effective thermal conductivity in rock samples. Simulations are performed with an in-house three-dimensional finite volume code. In the first step, four numerical models are derived from a given tomographic scan of Berea sandstone. Consequently, simulations of the thermal conductivity at ambient conditions are performed and validated with experimental data. In a second step, a new workflow for the determination of the pressure-dependent thermal conductivity in rock samples is elaborated, tested and calibrated. Results originating from the derived workflow show very good agreement with experimental data.     

岩溶关键带水文地球化学研究进展

岩溶关键带处于岩石、水、土壤、大气、生物五圈交汇地带。正确认识岩溶关键带的结构、特点及其水文地球化学过程是当前地球关键带与岩溶水科学研究的重点问题。本文基于对国内外相关研究成果的归纳整理,剖析了岩溶关键带水文地球化学内涵、岩溶关键带水动力垂向分带、岩溶关键带框架下的水文地球化学过程与机制, 探寻变化环境下岩溶关键带水文地球化学过程演变的规律与驱动机制。指出了当前研究中存在的薄弱环节:目前工作仅停留在传统岩溶地下水科学工作范畴,未从岩溶关键带框架体系的角度考虑植物冠层至岩溶含水层之间水文地球化学过程及其耦合关系,未考虑新污染物持续输入、地球大数据科学工程深入实施、全球碳排放路径逐渐改变等时代因素对岩溶水文地球化学研究的潜在影响。进一步的研究可以从以下方面开展:基于岩溶关键带框架体系的新污染物水文地球化学研究,基于大数据框架体系的岩溶水文地球化学研究,“双碳战略”下的岩溶水文地球化学研究,岩溶关键带水文地球化学驱动的物质转化与能量迁移过程及其耦合以及高分辨率监测、评估与模拟手段的综合应用。     

黄豆脲酶诱导碳酸钙沉淀多变量试验研究

植物源脲酶诱导碳酸钙沉淀（enzyme induced carbonate precipitation,简称EICP）可以显著改善砂土的工程力学特性,但在具体操作时,参数取值无对应规范,固化效果有待提升。基于黄豆脲酶,研究了温度、脲酶浓度、尿素浓度、钙浓度、pH值、钙源种类等变量对脲酶活性与碳酸钙沉淀的影响,并进行了沉淀物（碳酸钙晶体）的扫描式电子显微镜（scanning electron microscope,简称SEM）与X射线衍射（X-ray diffraction,简称XRD）测试,在此基础上开展了黄豆脲酶固化砂的无侧限抗压强度与固化效果试验研究。结果表明：脲酶活性随脲酶浓度的增加而线性增长,但存在温度阈值,温度超过阈值后,脲酶将完全失活,且阈值随脲酶浓度的增大而降低;尿素浓度与pH值共同影响脲酶活性,二者存在一个最优组合,当尿素浓度在0.1～1.0 mol/L时最优pH值为7,当尿素浓度在1.0～1.5 mol/L时最优pH值为8。脲酶是沉淀反应的催化剂,脲酶浓度越高,反应越完全,碳酸钙沉淀率越高;尿素与钙溶液则主要通过掺入量影响碳酸钙沉淀量,掺量比例宜为1:1,且二者浓度与pH值可通过影响脲酶活性来影响碳酸钙的沉淀情况;不同钙源对碳酸钙沉淀量的影响幅度不大。不同钙源沉淀碳酸钙晶体的成分与密度基本相同,但晶体结构差异较大,氯化钙沉淀碳酸钙晶体以块状为主,表面分布球状、类球状晶体,胶结面大,可作为EICP技术中较为理想的钙源。基于黄豆脲酶和氯化钙钙源固化砂的无侧限抗压强度约为掺粉煤灰砂样的6倍,通过SEM图像可发现,沉淀碳酸钙晶体包裹并黏结砂粒成为整体,固化效果非常理想。     

中国年封存量百万吨级CO2地质封存选址策略

CO₂地质封存是实现碳中和背景下难减排产业可持续发展的重要支撑技术。相较一些发达国家已经成功实现封存量为每年百万吨级CO₂封存项目工业化,中国的CO₂地质封存项目起步较晚,以封存量为每年十万吨级CO₂封存项目为主,而针对年封存量百万吨级及以上大型CO₂封存项目的选址、封存和监测尚缺乏经验。在针对世界上15个年封存量百万吨级CO₂地质封存项目成功案例调研基础上,按照封存场地圈闭地质类型划分了构造型圈闭(背斜型、断层型和裂缝型)和岩性型圈闭(砂岩型和碳酸盐岩型)两大类。在统计不同类型封存场地地质特征参数基础上,从“规模性、注入性、安全性和经济性”4大指标入手,提出了“大(Big)、通(Permeable)、保(Preserved)、值(Value)” BPPV选址原则,明确了年封存量百万吨级CO₂地质封存场地选址原则及参数标准。我国盆地类型多样差异大,需要采取不同的CO₂封存策略。针对鄂尔多斯、大庆油田等大型坳陷型盆地,由于其构造规模大、砂体分布面广、大规模背斜和岩性圈闭发育,寻找大型整装深层盐水层或者衰竭型油气藏封存场地的潜力大;针对东部渤海湾及近海断陷型盆地,由于断层发育、断层相关圈闭多、单圈闭容量较小,封存有效性受断层影响大,宜采取圈闭群综合评价与断层活动性动态评价相结合的策略;对西部叠合盆地,盆地边缘构造冲断带一般构造应力强、地层压力高、CO₂注入难度大,但盆地中央古隆起斜坡可以成为有效的封存场地,因此对西部盆地需要采取分区分带分层评价策略。     

中国喀斯特天坑研究起源、进展与展望

喀斯特天坑是20世纪末首先在中国南方峰丛和峰林喀斯特地区中发现的一种特殊且宏大的地表负地形,由于具有独特的科学价值和旅游价值,自被发现以来便引起了国内外地貌学者和地质学者的高度关注。对于喀斯特天坑(tiankeng)能否显著区别于其它普通漏斗,而成为一种独立的喀斯特地貌类型,国内外学者已从形态学、成因学、演化发生学等方面进行了深入探究,但仍未取得完全共识。国内外学者在其分类、形成与演化机制、发育条件、地质年代判定、岩溶生态环境等一系列问题上,也进行了较深入的探讨与激烈的争论。同时,对于喀斯特天坑价值的讨论以及开发与保护方面的研究也正引起国内外学者越来越多的关注。为此,论文围绕中国喀斯特天坑的研究阶段、研究进展、价值和开发与保护等主要议题进行了系统性的梳理与评述,进而提出中国喀斯特天坑当前研究中存在的问题和未来的研究方向。     

区域发展战略与城镇空间结构规划关系剖析——兼议山东省城镇空间结构

从区域发展战略和城镇空间结构规划的基本概念和内涵入手,剖析两者的关系及主要差异,分析了山东省区域发展战略和城镇空间结构。结果表明:区域发展战略在空间上表现为政策区概念,面向封闭的均质区域,区内具有普适性,其实施是自上而下的政府主导过程,不同发展战略在空间上不具有排他性;城镇空间结构规划则表现为开放性特征,以"点、线、网络"等结构化语言为基本要素,是一种自下而上的自组织过程,更多地体现了发展的规律性,且同一尺度的不同城镇群体在空间上一般不应交叉。当前山东省城镇空间结构表述中存在过于依赖区域发展战略和重叠过多的问题,并对省域城镇空间结构进一步发育提出了建议。     

新时期珠江三角洲城市群发展战略的思考

近年来,国内外经济形势发生显著变化,以传统制造业为主的珠三角城市群面临新的挑战,珠三角下一步如何发展成为必须解决的新问题。现状,将其与国内外城市群对比,提出了珠三角发展战略思路。研究结果表明:2000-2013年期间,珠三角城市群经济发展速度有所降低,区域经济发展差距逐渐缩小;人口红利面临枯竭;产业结构向高级化转变,经济全球化程度下降等;珠三角城市群发展水平和竞争力与国外世界级城市群相比差距较大;与国内长三角、京津冀城市群相比,总体发展势头下降。在此背景下,应将产业技术创新、土地节约集约利用、人口政策创新、区域合作与人文引领作为新时期珠三角城市群发展战略的主要方向。     

ZY-102C星数据在矿山遥感监测中的应用研究与分析

利用资源一号(ZY-1)02C卫星(以下简称02C星)全色高分辨率相机(HR)和多光谱相机(MUX)数据,以河北承德多金属矿区和江西寻乌稀土矿区为实验区,开展了1∶5万矿山遥感监测应用研究;分析了应用过程中存在的问题,提出了解决方案和建议,对02C星数据在矿山遥感监测中的规模化应用起到了示范效果。研究结果表明:在数据处理流程上,对空间分辨率为2.36 m的02C星全色HR1与HR2数据需先进行正射纠正再拼接,对空间分辨率为10 m的多光谱数据MUX可采用假彩色合成方法进行模拟真彩色合成;在矿山地物识别上,与SPOT5图像比较,02C星图像可更好地反映出开采面、开采点、中转场和矿山建筑等矿山地物类型,不足之处是纹理信息较平滑、矿山地物的边界相对模糊,因而增加了室内解译的难度;在经济效益上,02C星数据的性价比优势明显。因此,尽管02C星数据处理和解译工作量较大,但其能满足1∶5万矿山遥感监测要求,总体经济效益显著。     

新特提斯缝合带中段豆荚状铬铁矿成矿规律对比研究

新特提斯缝合带中的铬铁矿带是全球最重要的豆荚状铬铁矿成矿带之一,尤其是新特提斯缝合带中段,即穆斯林巴赫-科希斯坦-雅鲁藏布江一带,自东向西发育罗布莎、马拉坎德、穆斯林巴赫等若干大型铬铁矿床。本文系统总结和梳理新特提斯缝合带中段蛇绿岩的时空分布特征以及典型豆荚状铬铁矿的矿床特征、赋存规律和控矿因素。研究表明,蛇绿岩形成时代主体为中侏罗世—晚白垩世,自东向西大致呈逐渐变新的趋势,构造侵位的时代相近,为古新世—始新世;马拉坎德、瓦济里斯坦、穆斯林巴赫及贝拉铬铁矿,与罗布莎矿床相似,均属于富铬型铬铁矿,产于SSZ相关构造背景下,显示良好的岩相分带,具有良好的成矿条件;提出下一步找矿方向是针对成矿条件优越的蛇绿岩,解析层序剖面,识别纯橄岩与方辉橄榄岩的岩相分带,确定有利赋矿岩相。