论地质安全研究的框架体系

我国地处欧亚板块东缘,地貌类型多样,地质条件复杂,国家重大战略的顺利实施与生态文明建设的有效推进面临着严峻的地质安全风险,因此亟需解决各种地质作用对人居环境与工程活动带来的地质安全问题。本文以地球系统科学为指导,以圈层相互作用、内外动力耦合、人地协调互馈为理论核心,聚焦国土空间地质安全、重大工程地质安全、城市建设地质安全、生态环境地质安全及资源开发地质安全等方面,分析国家战略发展面临的重大地质安全挑战,剖析地质安全牵引出的系列前沿科学问题,勾画出地质安全主要研究方向。地质安全是保障人民高质量生活、推动社会经济绿色发展、构建宜居地球的重要前提,对于解决当前和今后发展面临的重大工程建设、重大灾害防控、生态环境保护和人地和谐安居等相关地质安全问题,推进科技进步与社会可持续发展具有重要科学意义。     

末次冰盛期东亚夏季风变化的重庆石笋记录

基于重庆小山岩洞XSY1石笋的5个²³⁰Th年龄和582个氧同位素数据,重建了23134~19345 a B.P.期间分辨率约6.5 a的东亚夏季风变化历史。此石笋δ¹⁸O记录的长期趋势逐渐负偏,在其上叠加了一系列千年-百年尺度季风振荡,呈现为4谷3峰的结构形态。重庆XSY1和南京MSD石笋δ¹⁸O记录在数百年尺度的反相关系表明冰盛期时东亚大陆东部水汽并非来自印度洋。与北高纬记录对比显示东亚季风的增强与减弱基本对应格陵兰温度的升高与降低时期,暗示在冰量最大时期东亚季风与北高纬气候仍密切联系。此外,XSY1的δ¹⁸O与冰芯¹⁰Be通量亦存在明显的对应关系,表明太阳活动对东亚季风的调控作用受冰量边界条件影响较小。功率谱分析结果显示出1011 a、722 a、460 a、337 a和163 a的周期,与太阳活动周期相近,进一步确认太阳活动对东亚季风的驱动作用。石笋XSY1与澳大利亚石笋MC-S2 δ¹⁸O记录在千年尺度呈反相位变化,表明冰盛期时东亚季风与全球其他气候系统的动力联系。

     

降雨与开挖作用下黄土滑坡失稳过程分析:以关中地区长武县杨厂村老庙滑坡为例

降雨入渗和人工开挖是诱发黄土滑坡的重要因素,为了研究在这2种诱因作用下关中地区黄土滑坡失稳过程及其对稳定性的影响,以陕西省长武县杨厂村老庙滑坡为研究对象,通过现场调查、地质测绘和钻孔勘探,查明了该滑坡变形特征,定性分析了滑坡变形演变过程;基于滑坡变形前15 d内日降雨量实测值,采用有限元软件,对坡脚开挖后连续降雨作用下滑坡形成过程进行了仿真模拟;基于强度折减法对该滑坡稳定性变化规律进行了研究。结果表明：(1)关中地区特殊的地层结构是滑坡变形的内因,降雨是最主要的诱发因素;(2)滑坡失稳演化过程表现为：坡体处于蠕滑状态,坡脚开挖后,坡体前缘失稳,牵引中后缘坡体向下错动而产生张拉裂缝,在降雨作用下,雨水沿裂缝渗入坡体深部,滑坡中部岩土体浸水后抗剪强度降低,从而导致黄土层与红黏土层接触面饱水形成贯通滑带,诱发深层滑坡;(3)滑坡开挖后较初始状态,稳定性系数降幅为0.102,此后受连续降雨影响,稳定性系数在前10 d以平均0.010/d的速率缓慢下降,第10～13 d以0.034/d的速率快速下降至最低,第13 d以后开始回升。研究结果可以为该类滑坡防治提供有效依据。     

基于土地覆被的局域社会生态系统动态平衡

社会子系统和自然子系统相互作用关系是社会生态系统研究的核心内容。社会生态系统中社会子系统和自然子系统的相互作用处于动态平衡之中,山地社会生态系统的动态平衡主要取决于自然植被的演替和人类活动的干扰。以土地利用/覆被的斑块调查数据和农户社会经济入户调查数据为基础,在村域尺度上构建了基于土地利用/覆被的社会生态系统动态平衡分析方法,分析村域社会生态系统各斑块在从祼地(或人工建筑)到顶级群落演替过程中所处的位置,揭示两类子系统相互作用关系。通过对高黎贡山东坡不同海拔梯度上旱龙、芒岗、芒晃三个自然村的动态平衡分析,结果显示:动态平衡指数DEI依次为旱龙(-0.50)芒岗(-0.71)芒晃(-0.75);其中人口压力较小、土地生产力较高的旱龙村,处于最佳的V-SES动态平衡之中;芒岗村的土地生产力较高但人口压力最大,芒晃村的人口压力小但土地生产力最低,均处于V-SES动态平衡的较差状态。研究结果为村域社会生态系统动态平衡分析提供了一种新的方法,且对开展更大尺度上的SES研究具有参考价值。     

东北地区玉米整地、播种和收获气象适宜度评价模型

天气、土壤条件影响玉米整地、播种和收获作业的质量及作业效率,进而影响到苗情、产量和生产成本,东北地区相关的农业气象要素是土壤湿度、土壤解冻深度、温度、日雨量和风力等.根据气象、土壤条件对玉米整地、播种和收获的影响,用模糊隶属函数建立了这些农事活动气象适宜度评价函数及其农业气象指标,用权重法分别建立了整地、播种和收获综合气象适宜度评价模型.检验结果表明,这些模式和指标符合实际,可以用于相关农事活动的气象适宜度评价业务.在气温和降水等气象要素预报的基础上,该模型还可以用于相关农事气象适宜度和适宜期的预报.     

金沙江上游雪隆囊古滑坡堰塞湖溃坝堆积体的发现及其环境与灾害意义

西藏芒康县金沙江上游雪隆囊河谷史前时期(全新世晚期)发生了一次明显的堰塞事件,形成了一个湖水体积约3.1×108 m3的大型堰塞湖。该堰塞湖形成后期发生溃决并引发异常大洪水,这一溃决事件发生在大约1 117 A.D.。地震诱发山体滑坡可能是金沙江发生堰塞的直接原因。在雪隆囊古堰塞坝体的下游一侧到其下游3.5 km的范围内,发现大量由砾石、砂和少量黏土组成的混杂堆积体,判定其为滑坡堰塞湖的溃坝堆积,是滑坡坝体及上游河床物质在坝体溃决后快速堆积形成。整套溃坝堆积体具有支撑-叠置构造、叠瓦构造和杂基构造等沉积特征,还具有一种特殊的沉积构造:即在垂向剖面上发育粗砾石层与细砂砾层的韵律互层,但剖面中缺少砾或砂的透镜体。这种沉积构造("互层构造")是溃坝堆积相区别于冲-洪积相、泥石流相等的一种重要判别标志。采用水力学模型反演确定雪隆囊古滑坡堰塞湖溃决洪水的平均流速为7.48 m/s,最大洪峰流量为10 786 m3/s。雪隆囊溃坝堆积体沉积特征及其环境的研究,不但有助于揭示古洪水事件发生的过程和机制,同时对于认识金沙江上游地区的环境演变也具有重要意义。     

滑坡D-InSAR观测中的大气误差去除研究以金沙江巧家段为例

随着InSAR技术的发展和SAR数据源的丰富,SAR数据相干、配准、轨道误差和地形误差校正等问题已经得到较好地解决,对于大面积观测滑坡这类小范围变形（相对构造运动和地面沉降）非常有效。目前大气相位带来的误差仍然是影响InSAR应用的重要因素。利用空间相关性去除区域低频大气相位延迟是一种无须外部气象数据、简洁高效的方法,但在已有的处理InSAR的商业软件如GAMMA中,大气模型使用的是高程与相位的一次曲线线性模型,无法适应我国西南山区复杂的大气相位湿延迟,往往会引入额外的误差。为此,本文研究了大气相位随高程变化的分布特征和最优拟合函数,并在Matlab软件平台上予以实现,可以将模拟的大气相位从解缠相位中很好地去除,使被大气压制的滑坡形变信息更好地呈现出来。以金沙江河谷巧家段岸坡为研究区,进行了蠕滑变形斜坡的识别验证,验证结果表明使用高程相位拟合多项式比单一线性拟合更易识别出滑坡范围,减少地质灾害隐患点遗漏,这对在我国西南地区水库岸D-InSAR观测滑坡变形的应用具有重要意义。     

高速铁路隧道围岩抗力系数现场试验与理论研究

以沪昆高速铁路隧道为依托,通过现场径向液压枕试验,测量各级压力下半径向变形,获取了隧道研究点处岩石抗力系数实测值。在实测数据的基础上,结合国内外相关的弹性抗力本构模型,建立了沪昆高速铁路隧道围岩抗力系数的5种理论计算模型：理想弹塑性模型、爆破裂缝弹塑性模型、塑性软化岩体模型、Lade-Duncan准则模型、统一强度理论模型,并有针对性的将所研究的20座隧道进行分类,分别计算其围岩抗力系数理论计算值。为了弥补现场试验点数目的限制,对所研究的隧道展开了数值模拟分析。通过对不同的埋深、围岩级别、地质特征下岩石抗力系数现场试验值、理论计算值、数值模拟值和规范值进行对比和综合,提出了高速铁路大断面隧道的围岩抗力系数推荐值,该推荐值突破了普通铁路隧道规范中关于抗力系数建议值仅限于弹性模型的限制,为优化隧道结构设计,充分利用围岩的自承能力提供了理论依据。     

绿色崛起之路——《江西省社会经济发展白皮书》

白皮书的起因及颁布 2008年8月金融危机之际,我参加了科技部的一个科技大会．讨论科技当前的重大问题。当时,我被点名发言。我说要从根本上解决金融危机不能仅靠金融手段,而要靠科技。搞金融的把金融搞得乱七八糟．最后解决问题时还是要靠科技。