基于层次分析法与频率比模型的采空塌陷危险性评价

采空塌陷危险性评价是编制地质灾害防治规划、开展地质灾害防治与监测预警工作的重要依据。本文采用层次分析法与频率比模型相结合构建了采空塌陷危险性评价模型(AHP-PF组合模型)。以沈阳市蒲河-清水矿区为例,考虑了地质条件、地表特征、开采条件等3方面影响因素,选取了第四纪覆盖类型、第四纪松散层厚度、地质构造复杂程度、可采煤层顶板强度指标、煤层倾角、地表沉陷速率、采深采厚比、采空区叠置层数等8个评价指标,利用AHP-PF组合模型计算各指标权重及频率比,最后进行采空塌陷危险性分区。评价结果表明,采空塌陷危险性高区主要集中在采深采厚比小、沉陷速率大及目前仍在开采的区域,该区域是地质灾害防治、搬迁避让的重点区域。

锦州市规划区地质环境安全评价研究

地质环境问题是影响城市国土空间安全开发利用的重要因素,在城市规划开发阶段开展地质环境综合评价可有效控制地质灾害风险。锦州市规划区尚处于开发前期,本文基于该规划区的地质条件和开发需求,构建了地质环境安全评价指标和评价方法体系,基于主导因素综合法开展了地质环境安全综合评价。根据评价结果,锦州市规划区地质环境安全程度可划分为3级,空间分布上以相对安全区为主,其次为次不安全区和安全区。按照空间位置和区域构造稳定性、地质灾害易发性等不同成因划分为23个亚区,并指出了每个亚区安全程度主要影响因素。该评价结果反映了锦州市规划区的地质环境安全程度,确定了影响地质环境安全问题的关键因素,有助于规避该区国土空间规划开发可能面临的地质灾害风险。

河流冲积平原饱和砂土区地下管线渗漏诱发地面塌陷机制研究

河流冲积平原区是我国城市建设的主要区域,地层以松散冲洪积物为主,该地区地下管网破损带走松散地层极易形成隐蔽性很高的地下空洞,进而诱发地面塌陷,威胁人身财产和基础设施安全。以安庆市长风路地面塌陷为例,建立渗流、应力多场可控的等比实体模型箱,开展城市地面塌陷仿真实验,分析带水管线破损后地层中孔洞发育过程及孔洞周边各个方向应力变化特征,旨在揭示地面塌陷形成机制。结果表明:(1)安庆市长风路地面塌陷从孕育到塌陷,经历了小孔、竖直孔洞、塌陷坑三种形态,可将地下异常孔洞当作前兆进行预警;(2)河流冲积平原区城市地面塌陷的孕灾环境是地层的高渗透性地层和地下水位,诱发因子是管道的破损,尤其是污水排水管道破损;(3)城市地面塌陷危害大小主要受控于管道及地下水位相对埋深,且可以根据地层性质对塌陷坑的大小进行计算评估。该成果可为城市地面塌陷风险评价、防治区划等提供理论基础。

川西南某金矿尾矿库稳定性评价研究

通过现场勘查及室内试验,并基于二维有限元分析软件GeoStudio室内数值模拟,对川西南某金矿尾矿库进行渗流、应力应变和稳定性研究分析。结果表明:(1)尾矿库堆积坝孔隙水压力从上到下逐渐增大,正常工况最大为864.98kPa,最小为-173.27kPa,洪水工况最大为874.49kPa,最小为-182.27kPa。(2)正常运行时,堆积尾矿向水平方向最大沉积位移25cm,竖直最大沉积位移28cm;洪水运行时,堆积尾矿向水平方向最大沉积位移34cm,竖直最大沉积位移35cm。(3)尾矿坝在正常工况、洪水工况下和特殊工况三种工况条件下运行时,稳定性计算结果均满足规范要求。

基于DEM数据预处理的小流域泥石流防治工程效果分析——以漳县方家沟泥石流为例

2013年7月22日岷县—漳县6.6级地震后,漳县方家沟爆发泥石流。为减轻泥石流的潜在危害,2015年在沟内修建了三级拦挡坝和排导槽,以调节泥石流峰值流量,减轻对下游堆积扇保护对象的威胁。当前研究区防治工程是基于前期泥石流发育特征所设计,未来防治效果有待检验。在野外调查的基础上,采用双线性插值法精细化处理DEM数据,结合高精度遥感影像,重新构建了方家沟小流域的拦挡坝以及地形模型,运用FLO-2D软件模拟分析了不同降水概率条件下方家沟泥石流的运动特征和危险性,以评价方家沟泥石流防治工程治理效果。结果表明:随着降雨强度的逐渐增大,拦挡坝对于泥石流的停淤能力逐渐增强,泥石流均未越过拦挡坝;泥石流流速限制效率达到了80.1%,大大弱化了泥石流冲击破坏能力;泥石流高危险区面积降低了约45.34%,有效地减小了泥石流的影响范围。综上所述,在构建方家沟拦挡坝的模拟条件下泥石流拦挡工程治理效果显著,研究成果可为类似小流域泥石流拦挡工程可行性检验提供借鉴。

赤泥基层状双金属氢氧化物合成工艺及应用

赤泥是铝土矿炼制氧化铝过程中产生的高碱性废料,随着铝工业的高速发展,世界范围内赤泥年排放量已严重超过环境负荷,造成了巨大的处置压力和污染风险,赤泥的高效资源化利用迫在眉睫。由赤泥制备层状双金属氢氧化物(LDH)是当前国内外重点关注的一个循环路径,具有大规模工业化潜力。文章论述了赤泥基LDH合成工艺及应用研究进展,发现其主要的合成工艺有共沉淀法、煅烧水化法和机械化学合成法,合成的赤泥基LDH类型受铝土矿成分及冶炼工艺影响显著。赤泥基LDH通常被用作吸附剂去除水体无机阴离子及捕获CO_(2),同时也是一种新型环保型无卤阻燃添加剂。赤泥基LDH还是一种优异的光催化剂,赤泥中杂质(Fe_(2)O_(3))的引入导致局部构筑异质结构,有利于光敏电子和空穴物种的分离与传递。最后文章提出如下展望:(1)在双碳目标背景下,赤泥基LDH的制备符合“循环经济”等可持续发展目标,具有实际的大规模应用潜力,未来应大力推进合成及应用方面的研究;(2)未来应重点研究如何进一步优化合成工艺,提高产率,增强可持续性(如引入其他废弃物作为二价金属源),提高合成专一性,以及如何降低赤泥基LDH在应用过程中的环境风险;(3)明晰LDH结构与应用效果的“构效关系”,针对赤泥基LDH非纯净体系这一特性,扬长避短,发挥异质结构的优势,实现更高效的应用。

涪江源区韩家沟泥石流防治工程改进前后危险性分析

为了降低涪江源区左岸韩家沟泥石流的危害,文章采用遥感解译、野外调查、FLO-2D数值模拟等手段,查清了韩家沟泥石流特征及其防治现状,认为现有防治工程不能满足防灾需求,并据此提出改进的防治工程,对不同降雨频率下防治工程改进前后的泥石流危险性进行了研究,并分析改进防治工程的有效性。结果表明:韩家沟位于“8·8”九寨沟地震扰动区,震后泥石流物源丰富,导致每逢强降雨时泥石流频发。在10年一遇降雨频率下,丰河村及平松路均处于低危险区,现有防治工程可有效防治泥石流灾害;在50年一遇降雨频率下,丰河村处于泥石流高危险区,泥石流冲出排导槽,冲毁平松路,现有防治工程不能满足要求。采用多级拦挡坝、排导槽截弯取直等改进的防治工程后,可有效预防泥石流对沟口下方承灾体的损害,泥石流堆积方量减少50.2%,堆积面积减少86%,高危险区均位于排导槽内,治理效果显著。

顺层变质岩坡稳定性评价与生态治理方案

为了探究鄂西北变质岩区不稳定斜坡滑崩地质灾害的成因机制和生态治理模式,以三用塘顺层变质岩不稳定斜坡为研究对象,在查明灾害体地质与变形特征的基础上,分析了其可能的破坏模式与主要影响因素,深入探究了顺层变质岩坡渐进式变形破坏的成因机理。采用极限平衡等方法对不稳定斜坡进行了稳定性分析评价,结果表明,该斜坡体处于不稳定状态。基于地质灾害生态治理理念,提出了削方整形、护脚墙、格构锚固、截排水沟、生态绿化与监测等综合防治措施。通过工程实施及效果监测表明:该治理方案不仅有效地消除了三用塘滑崩地质灾害安全问题,而且取得了良好的环境绿化与美化效果。其综合防治措施,特别是将地质灾害防治与生态绿化融为一体的生态治理模式可为同类顺层变质岩不稳定斜坡的加固与坡面防护提供借鉴。

基于EMD-LSTM人工神经网络的云冈石窟环境参数预测

环境参数会直接影响石窟的风化过程,因此,预测环境参数是进行云冈石窟有效保护的重要内容.以云冈石窟第十窟为例,将壁温、环境湿度、环境温度的实测时序数据作为环境参数,使用经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)对实测时序数据进行分解,研究了固有模态函数(intrinsic mode function,IMF)分量与实测时序数据的相关性,建立了基于EMD-长短期记忆(long short-term memory,LSTM)的人工神经网络(artificial neural network,ANN)组合模型.使用平均绝对误差(mean absolute error,MAE)、均方根误差(root mean square error,RMSE)、平均绝对百分比误差(mean absolute percentage error,MAPE)、决定系数(R2)作为评价指标,对比分析了使用组合模型与使用单一LSTM的ANN模型进行环境参数预测的效果.结果表明:IMF分量的变化速率越大,与实测时序数据的相关性就越强;对于组合模型中的LSTM网络模型,当隐藏层层数和初始学习率分别取2和0.001时,组合模型预测效果最优;与单一LSTM的ANN模型相比,使用基于EMD-LSTM的ANN组合模型,环境参数的MAE、RMSE、MAPE值减小、R2值增大,模型预测精度提高;环境参数预测效果主要受环境参数变化幅度的影响,变化幅度越小,组合模型预测效果越好.研究成果对于石窟文物保护具有一定的参考价值.

基于颗粒流的覆盖型岩溶地面塌陷动态演化特征研究

为揭示铁路周边覆盖型岩溶土洞扩展的动态演化规律和细观致塌机理,以京沪高铁(江西段)某典型岩溶塌陷点为依托,通过颗粒流(PFC^(2D))压缩试验对塌陷土体的强度参数进行标定,引入接触黏结模型,建立覆盖型岩溶地面塌陷流固耦合模型,从细观角度揭示了岩溶地面塌陷的动态演化过程与变形特征,探究不同溶洞开口大小、覆盖层厚度、地下水位高度对覆盖型岩溶地面塌陷变形特征的影响。研究表明:地表沉降、土体孔隙率等随塌陷演化发展而逐渐增大;地下水位高度越高,土洞扩展越快,地表沉降越明显,塌陷也越易发生;溶洞开口越大,地面沉降深度和范围随之增大,塌陷越易发生;覆盖层厚度越小,地表沉降变化越明显;从细观角度可知,塌陷过程中颗粒间接触力变化过程近似为“应力平衡-应力拱形成-应力拱破坏-应力再次平衡-…-应力拱断裂”的规律。研究从细观角度揭示了岩溶地面塌陷演化的全过程,可为高速铁路建设、运营期周围环境覆盖型岩溶地面塌陷的防灾减灾提供参考。

地下空间资源协同化评价探索——“复杂地质条件地下空间资源识别与评价”专辑特邀主编寄语

地下空间资源分布广泛,是重要的国土空间资源。复杂地质条件下地下空间资源开发利用涉及“水、土、岩、气”等方面内容,是资源开发面临的主要问题。科学合理的探测识别与评价是地下空间资源开发利用的重点研究方向,对地下空间资源的可持续利用具有重要意义。在《地球学报》编辑部的大力支持下,本次专辑由复杂地质条件下地下空间资源的探测、识别、评价等相关方面内容构成,包括城市地下空间资源、地下水资源、地热资源等。该方面的研究成果可为地下空间相关资源的识别与保护研究提供重要的参考价值。

高寒高海拔区大型光伏电站场地冻融侵蚀强度分区评价

当前大型光伏电场逐步向高寒高海拔地区发展,为准确评价高寒高海拔区的冻融侵蚀灾害对大型光伏电站安全运营的影响,依托高寒高海拔区某大型光伏电站工程,通过选取合适的环境因子开展研究区冻融侵蚀强度的初步计算,并耦合人类工程量化指标提出具有针对性与合理性的光伏场地冻融侵蚀强度评价模型,探讨了多环境因子和人类工程条件下的冻融侵蚀强度与其空间分布。结果表明,该光伏场址冻融侵蚀状况总体上属于中度侵蚀,其冻融侵蚀强度分布具有一定的集中性与空间分异性,且其空间分布格局主要受地形、气候和植被因素影响。同时,光伏电站的建设对场地冻融侵蚀强度具有一定的削弱作用,研究成果可为类似大型工程的冻融侵蚀评价提供参考和借鉴。

某省历史遗留废弃矿山地质环境综合治理实例

随着社会经济水平的不断提升,矿山的地质环境随着人们开采力度的逐渐加大,自然环境与地质地貌遭受严重破坏,产生一系列的生态失衡问题,矿山地质环境问题现已引起了各级政府高度重视。本文简述某省历史遗留废弃矿山的现状,详细分析存在的环境治理问题,并就矿山地质环境生态修复提出了对应的治理措施,希望能够对该类废弃矿山的地质环境综合治理提供一定程度的借鉴。

典型滨海平原城市地下空间地质适宜性评价

地下空间地质适宜性评价是城市地下空间资源开发利用的重要前提。滨海平原城市因其特定的城市类型,需建立特定的地质适宜性评价体系来指导地下空间地质适宜性评价。本文以我国典型滨海平原城市日照市为研究区,深入分析了影响地下空间开发的地质环境因素,提出了基于基础性地质和约束性地质条件的滨海平原城市地质适宜性评价指标体系,进一步采用经验分值法、熵权法和综合评价模型厘定了研究区浅层(0~15m)和次浅层(15~30m)地下空间地质适宜性分区。结果显示,评价指标中水位埋深、断裂带、地面沉降和海水入侵等对地下空间地质适宜性的影响较大。研究区浅层和次浅层地下空间地质适宜性以适宜和较适宜为主,约占研究区面积的90%,不适宜区域约占研究区面积的10%。

深部咸水层CO_2地质储存工程场地选址技术方法

CO2地质储存作为环保型工程项目,其合理的工程场址是实现长期、安全封存CO2的首要前提。我国CO2地质储存工作刚刚起步,尚未形成成熟的选址技术方法体系。CO2地质储存工程场地选址应遵循目标储层有效储存量大、安全、经济、符合一般建设项目环境保护选址条件、不受外部不良地质因素影响的原则,选址技术宜采用多尺度目标逼近法,选址程序包括规划选址和工程选址两大阶段。规划选址包括国家级、盆地级和目标区级潜力评价3个阶段;工程选址旨在通过目标靶区确定、综合地质调查、钻探及灌注试验和选定场地多因子排序综合评价,最终选出良好的工程场址。深部咸水层CO2地质储存工程场地多尺度目标逼近选址技术方法对我国批量开展CO2地质储存工程场地选址具有一定的指导意义。

深部咸水层二氧化碳地质储存场地选址储盖层评价

深部咸水层CO2地质储存属于环保型工程项目,开展地质评价来确定良好的储盖层是实现CO2地质储存长期、有效、安全封存的首要前提。储层地质评价内容主要包括储层的物理性质及其注入能力等;盖层地质评价内容主要包括盖层发育特征及封闭能力等。在规划选址到工程选址的不同阶段,储盖层评价的内容和对象应根据不同阶段的目的依次提高精度和量化程度。通过国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址阶段划分,结合储盖层地质评价的主要内容,初步建立了储盖层适宜性评价指标及其分级标准,对国内深部咸水层CO2地质储存工程场地选址中的储盖层地质评价及适宜性评价工作具有一定的指导意义。

西北地区矿山地质环境调查与防治研究

矿产资源是经济社会发展的重要物质基础,具有资源与环境的双重属性。矿产资源开发与地质环境协调保护是实现金山银山保护绿水青山的重要途径。西北地区成矿地质条件良好,矿产资源的开发是区域经济社会发展的支柱性产业之一。但是西北地区干旱少雨,水资源短缺,生态环境脆弱,矿产资源开发与生态环境保护存在突出性、结构性矛盾。在保护生态环境的前提下开发矿产资源,成为实现矿业高质量、可持续发展的重要前提。笔者回顾了20年来,西北地区矿山地质环境调查评价、理论研究的探索,典型矿山环境调查评价、成果转化与应用等方面的成果,针对矿山生态环境保护方面存在的问题,提出了对策建议,旨在为生态脆弱区矿山地质环境调查、防治研究提供借鉴。

基于层次分析法的奉节县城地质环境承载力评价

在考虑地域地质特点基础上,首先构建奉节新县城地质环境承载力评价指标体系,然后运用层次分析法确定出评价指标权重,借助GIS技术对评价指标图层提取、分析、处理,最后得到奉节县城的地质环境承载力分区图。研究成果可为奉节新城今后的建设规划提供科学依据,并可为类似库区迁建城市以及丘陵山区的城市建设和地质灾害防治等提供宝贵方法借鉴。

引江济淮工程江淮沟通段膨胀土物理力学特性分析研究

文章基于大型水利工程引江济淮工程实际,通过对引江济淮工程江淮沟通段的膨胀土土工试验数据进行整理,分析研究不同膨胀等级膨胀土相关物理性指标及物理力学性指标之间的关联性,并结合现场施工地质调查的土体特征,总结不同膨胀等级膨胀土地质特征差异性,可以为更好地了解该区域内的膨胀土特性提供参考。

煤矿采空塌陷区稳定性评价及地质灾害风险评估研究

为进一步探究煤矿采空塌陷区的更多细节特征,从而为治理工作奠定基础,以张双楼大型煤矿采空塌陷区为研究对象,基于层次分析法构建矿山地质环境的因子指标体系,结果显示沉陷区的地表沉陷影响最大的2个因素为开采厚度和顶板岩性,影响相对较小的因素为开采煤层和终采时间,高危险区主要分布在采煤活动频繁的矿区,而中等危险区则位于高风险区域的外围,在地质构造不稳定的区域也可能出现中等危险区,根据评价结果,提出应用“挖深垫浅”的工程模式,并综合应用多种措施,对矿区土地做到更好复垦效果。