黄沙矿区深部开采诱发地质灾害微震监测技术应用研究

随着黄沙矿区开采向深部发展,地表和井下都出现了不同程度的地压和地质灾害。文章介绍了该矿区开采背景、地表和井下各种地质灾害情况,简要介绍了微震监测系统的特点;主要介绍了采用微震监测技术开展井下冒顶片帮监测和上部老采空区和地表露天坑边坡微震监测案例分析,分析了冒顶微震事件数和能率变化特点与冒顶片帮的关系,并成功地对冒顶片帮灾害进行预警;给出了上部老露天坑边坡微震定位位置、波形特征以及微震发生时间与雨季之间的相关关系。通过近一年的研究,证实了多通道微震监测技术在黄沙矿区地压和地质灾害监测预警中的实用性和有效性。

龙川县米贝村1^(#)泥石流灾害特征与运动过程

受区域气流影响,广东省龙川县在2019年6月10—13日出现持续强降雨天气,累计降雨量超过260 mm,从而引起全县发生大量滑坡、泥石流灾害。以米贝村1^(#)泥石流为研究对象,在野外调查认识基础上,结合Fluent数值分析对这类低山丘陵区的小型泥石流灾害运动特征展开研究。研究发现:米贝村1^(#)泥石流受沟床粗糙度、纵坡降、流向等因素影响,其流速具有动态变化特征,总体表现为先增大再减小的发展趋势,泥石流物质的变化对其运动速度有一定影响。在整个过程中最大流速可达9.77 m/s,平均速度为3.31 m/s,与实际调查结果相符。研究成果不仅可直接为米贝村重在区灾后工程防治提供指导,对于东南沿海相似地区的降雨型滑坡-泥石流灾害的研究具有借鉴作用。

海底地震仪数据丢失异常及内部时间校正

TS03航次使用国产海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)在马里亚纳海沟南段进行了一系列主动源和被动源地震作业,旨在获取跨越海沟的壳幔结构和地震活动性.但在数据处理过程中,我们发现POBS04台站地震剖面的直达水波到时异常,给接下来的计算模拟工作带来困难.为此,本文计算了直达水波理论到时,对比SAC文件中气枪信号到时,以此进行异常数据的检查分析.结果表明,POBS04台站记录过程中发生了部分数据丢失,从而造成其内部时间存在错误,体现在SAC文件中气枪信号到时提前,以及相邻数据文件之间存在数十秒的时间间隔.因此,本文在SAC软件中将整段气枪信号进行延后,使其可以和直达水波理论到时准确对应;之后再进行裁截、分道排列和SEGY格式转换,最终得到了正常的单台地震剖面.这项研究发现了一种新型数据异常,为后续准确的OBS位置校正和地壳结构计算模拟提供了可靠的数据保障,也为国产仪器的改进及其异常数据修复提供了新的参考.

浅层滑坡和沟谷型泥石流的关系研究:以福建省宝庄村2010年6月18日灾害为例

2010年6月14—18日,福建省顺昌县发生连续强降雨事件,致使多处地区发生滑坡、泥石流等群发性地质灾害,宝庄村是重灾区之一。在群发性滑坡灾区,往往很容易导致沟谷泥石流地发生。为了探索泥石流发生与滑坡物源之间的关系,选择了宝庄村43个流域,通过卫星遥感解译获取滑坡面积和流域面积的数据集,进而分析浅层滑坡诱发沟谷型泥石流的物源临界值,提出了一个经验模型来分析群发性滑坡引起的沟谷型泥石流的触发条件。结果表明,所提出的模型适用于福建省浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流的物源分析。经验模型简单,输入的数据是容易测量的流域面积(A)和滑坡划痕面积(A_(0))。因此,该方法可以用于分析其他地区浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流。

福建区域浅层滑坡诱发沟谷型泥石流灾害预测

山区强降雨引发的滑坡、泥石流和其他破坏性的自然灾害有时不是独立的,而是结合在一起形成灾害链。基于浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流形成机理,提出了一种结合瞬时降雨渗透和基于网格的区域斜坡稳定性(transient rainfall infiltration and grid-based regional slope stability,TRIGRS)模型和A L-A模型的方法来实现逐小时的易发性预测。结果表明,TRIGRS模型在预测浅层滑坡的空间分布方面表现良好,其成功率为57%。因此,将其作为泥石流物源的初始输入是合理的。耦合的模型在预测泥石流时,发现该模型的准确性较好(67.4%)。此外,所提出的耦合模型可以根据气象站提供的逐小时降雨数据达到动态预测此类灾害效果。因此,本研究的结果有助于为山区降雨引起的浅层滑坡诱发的沟谷型泥石流灾害提供一个更有效的预测方法。

低山丘陵区典型滑坡-泥石流链生灾害特征与成灾机理

2019年6月10—13日,龙川县发生持续强降雨,导致全县境内发生大量滑坡、泥石流灾害,贝岭镇米贝村是三个重灾区之一。本文以贝岭镇米贝村6号沟发生的滑坡-泥石流链生灾害为研究对象,在野外精细化调查测量基础上,结合数值模拟分析与计算,对链生灾害特征与成灾机理展开研究。研究发现:(1)6号沟内共发育7处浅层土质小型滑坡,仅3号滑坡体与部分6号滑坡体转化为泥石流,构成泥石流主要物源,其余滑坡未构成持续性影响;(2)持续降雨下渗,坡体由非饱和向饱和状态转变,坡表形成连续饱和区,孔隙水压力的增加与孔隙水的软化促使土体强度降低,加之坡体饱和自重的增大,斜坡发生浅表层失稳破坏;(3)降雨的持续下渗与支沟沟源"漏斗状"地形下的地表汇水快速增大滑坡松散堆积体内的含水率,促使其物理性质发生变化,在重力势能下呈流态状启动、运动转化为泥石流。降雨结构影响滑坡-泥石流链生过程,前期降雨引发滑坡、后期降雨启动形成泥石流,滑坡与泥石流的发生表现出阶段性特征。研究成果有助于指导当地政府进一步开展滑坡-泥石流链生灾害的防灾减灾工作,也为该地区未来区域预警研究工作提供理论支撑。

降雨激发浅层滑坡发育特征与阈值研究——以江西省全南县大吉山“2019.6.10”灾害为例

2019年6月10日江西省全南县大吉山社区流域在一次降雨量171 mm、最大小时降雨量40.5 mm作用下发生了116处浅层滑坡。通过影像识别、野外调查、GIS分析和数理统计等方法分析了该地区浅层滑坡的发育特征、地形特征及此次滑坡发生的降雨阈值。结果表明:(1)滑坡的特征参数表明降雨事件诱发的滑坡均为小型、浅层、形态以“宽薄型”为主的滑坡。(2)通过滑坡数量百分比(LSNP)和滑坡面积百分比(LSAP)等指标显示滑坡发育的地形条件中滑坡坡度、相对高程、地表曲率对滑坡具有较明显的控制作用,坡向和临空面对滑坡分布影响性不强,人类工程活动对滑坡发育的影响不容忽视。(3)利用现有预报模型,计算出该区域浅层滑坡发生的阈值P<0.21、0.21≤P<0.40、P≥0.40分别对应发生可能性小、中等和大,以及发生浅层滑坡需要的一次最小降雨量为70 mm。该成果可为类似地质背景地区的浅层滑坡风险管理和灾害预警提供重要参考。

降雨激发滑坡型泥石流转化特征和阈值研究——以江西大吉山2019.6.10灾害为例

滑坡向泥石流转化后形成更大灾害,以2019年6月10日江西省大吉山流域发生的2类11条滑坡型泥石流为例,通过影像识别、现场调查、GIS空间分析和数理统计等方法对2类滑坡型泥石流的地形特征、物源特征、转化特征和降雨阈值进行分析。结果表明:①间接转化型是滑坡堆积物先堆积沟道后经汇水启动形成,直接转化型是滑坡堆积物在下滑过程中直接转化形成;②参与转化的物源为滑坡堆积体,滑坡体以浅层小型、“宽薄型”为主;③2类转化型泥石流在流域面积、沟道弯曲度、纵比降等指标上有明显界限,该指标可用于快速识别2类泥石流;④利用现有预测模型计算该区域本次滑坡型泥石流降雨阈值,该降雨阈值可为该地区泥石流灾害的预报提供理论参考。

福建三明后山“5.16”暴雨洪水分析及山洪灾害防治

以福建省三明市“5.16”洪灾为研究对象,结合三明市后山溪沟实测水文资料和区域地质特征,利用暴雨洪水计算方法,分析该次洪水的爆发频率,对三明市后山冲沟不同频率下暴雨洪水的成灾可能性进行预测,提出了进一步加强山洪灾害的防治对策。结果表明,推理公式法应用于研究区的计算成果合理,能够反映三明市后山暴雨洪水特征,可为三明市山洪灾害防治及预警提供参考。

基于Pasternak海床模型的椭圆余弦波浪荷载作用下埋置管线动力响应解析解

通过两阶段分析方法,针对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应进行了探究。基于椭圆余弦波理论,采用Biot固结方程推导了非线性波浪作用下浅水区埋置管线所受的周期波浪压力;将管线考虑为动力Pasternak海床模型上的Euler-Bernoulli梁,将波浪动荷载施加到管线上获得无限长管线的动力响应偏微分控制方程;利用Fourier变换和Laplace变换并借助卷积定理得到管线挠度、速度、加速度、转角、弯矩和剪力的动力响应解。通过与三维有限元数值算例及既有试验结果对比验证了解析解的正确性与适用性。对椭圆余弦波作用下埋置管线的动力响应特性进行了敏感参数分析,结果表明:波浪高度H显著影响了波面形状与海床内波浪力大小,不同浪高下管线转角、弯矩和剪力的变化更明显,而挠度、速度和加速度响应敏感性则较低。

球状风化花岗岩类土质边坡土-岩界面优势流潜蚀特性研究

受降雨作用,球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩差异风化界面极易演化为优势渗流通道而发生渗流潜蚀,进而加速该类边坡的变形失稳,然而当前有关其渗流潜蚀作用特征、细颗粒迁移规律等的研究仍鲜见开展。基于多孔介质非饱和渗流理论,综合考虑细颗粒运移、潜蚀启动响应与非饱和渗流的耦合关系,提出一种可准确描述土-岩界面渗流潜蚀过程的数值计算框架。采用有限元方法,构建优势流作用下非饱和花岗岩残积土的渗流潜蚀模型,并以均质土柱的渗流潜蚀过程为参考,系统研究3种典型土-岩界面埋藏状态下的优势流潜蚀特性。结果表明:球状风化花岗岩类土质边坡的土-岩界面与基质渗透性存在高度差异性,湿润锋形成向下凹陷的渗透漏斗,且随着降雨的持续,湿润锋的凹陷程度愈发明显;细颗粒流失程度与土-岩界面的埋藏状态相关,其中下填土体工况的优势流潜蚀最为显著,其界面处甚至出现超孔隙水压力,最不利于该类边坡的稳定性。研究成果可为降雨条件下球状风化花岗岩类土质边坡稳定性的准确评价提供科学依据。

级配与拦挡位置对滑坡碎屑流运动影响研究

为了研究不同级配的高位滑坡碎屑流经多级偏转后冲击不同拦挡结构的运动特性以及致灾效应,结合自然地形构建固定坡度和偏转角度均为45°的离散元模型,并利用DEM软件进行数值模拟分析不同拦挡工况和不同级配对碎屑流颗粒运动过程中能量耗散、最终堆积形态,以及碎屑流冲击挡板的作用高度的影响,进而建立相关冲击力学模型。研究结果显示:(1)上下均设置挡板的工况能有效减缓碎屑流颗粒的平均动能和势能,且能有效降低颗粒流翻越挡板的数量,并降低颗粒流的最大运动距离从而减小致灾范围;随着颗粒组级配的增大,势能时程曲线分散点出现的时间越晚,颗粒流最终堆积面积中细颗粒组最大,粗颗粒组最小。(2)当滑槽底部反作用力位置取2/3静止堆积体长度时,计算所得碎屑流最大冲击作用高度与模拟试验结果相接近,力学模型计算的冲击作用高度在0.017~0.138 m。在实际工程中,可按研究相似比对此范围进行加强抗冲击防护。(3)由于侧板的切向力和“颗粒分选效应”,大颗粒会主要冲击挡板的中上部,小颗粒主要冲击挡板的下部,并受偏转角影响集中在一侧,因此工程设计可根据实际情况避免在沟道偏转方向的反向建设工程。研究结果可为高位滑坡碎屑流灾害的治理防护提供参考。

闽粤地区花岗岩风化土体粘粒迁移过程的土柱渗流试验

花岗岩风化土具有大孔隙结构、级配不良的特性。降雨入渗驱动粘粒迁移导致花岗岩风化土内部孔隙扩张和颗粒粗化,是闽粤地区花岗岩分布区水土流失和边坡变形破坏的主因。本文设计土柱渗流模型试验,研究不同级配条件下花岗岩风化土体的粘粒迁移过程与特征,考察土粒含量、渗流量及水力梯度等指标的变化规律。研究表明:(1)含有较多粘土矿物成分的细粒,尤其是粒径小于5μm的具有良好亲水性的粘粒,在渗流作用下容易发生迁移、集聚、淤堵或再迁移过程,导致渗流量与水力梯度持续变化,逐步出现土体颗粒粗化现象;(2)随着砾粒含量的增加,内部土粒单元发育成形的“混粒性”孔隙-骨架结构更为明显;当砾粒含量从40%增加至60%时,粘粒流失量增加14%,渗流量增加了51%,土体渗流通道增多、土体颗粒粗化,土体结构性逐步丧失;(3)花岗岩风化土中粘粒迁移过程由稳定渗流状态向优势渗流状态转变引起,一旦优势流通道成立,水力梯度增幅可达40%。研究结论可为闽粤地区花岗岩分布区水土流失治理和边坡灾害防治提供科学依据。

基于松散耦合方法的弃土场边坡三维建模及稳定性分析:以福州市闽清县白樟池埔建筑弃土场为例

近年来大规模的旧房拆迁改造及道路建设导致弃土方量剧增,弃土场已成为城市建设的重要附属工程。由于弃土场边坡结构松散、密实性差,较天然边坡更易发生变形破坏,弃土场的安全管理备受关注。为实现复杂工况下弃土场稳定性的快速分析,通过搭建ArcGIS和GeoStudio的松散耦合方法,构建了一套集可视化建模和模拟计算为一体的技术框架。为改良模型可视化效果,配合虚拟钻孔和空间插值方法改良地层曲面精度,完善了弃土场的三维建模技术。采用Python语言为程序接口完成跨平台模型数据交换,实现全时空全方位的多工况弃土场边坡稳定性快速预测。闽清白樟池埔建筑弃土场的应用实例表明,此方案能够实现弃土场任意断面的高质量识别和复杂工况下稳定性变化规律的快速预测,可见松散耦合方法在弃土场稳定性分析过程中具有显著的适用性和实用价值。

砂土边坡的速凝高聚物微型抗滑桩加固效果研究

针对常规混凝土凝固较慢、工期长、施工复杂等缺陷,提出速凝高聚物微型抗滑桩加固边坡的新思路,开展高聚物微型抗滑桩加固砂土边坡的模型试验与数值模拟研究。结果表明,在数值模拟中,将Mohr-Coulomb强度参数转换为Drucker-Prager强度参数时,应力洛德角取0能够更准确地反映边坡岩土体的强度特征;模拟得到的各边坡工况的位移、变形发展过程和破坏特征都与试验结果较为吻合,在一定程度上验证了数值模拟的准确性;在施加了5级水平推力(1 500 N)后,单排高聚物微型抗滑桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了33.4%、33.3%和33.3%,而双排桩加固后的坡脚、坡中和坡顶的实测位移分别比加固前减小了55.9%、53.4%和43.4%。加固前的坡面呈现波浪状的变形特征,加固后的坡体变形显著改善。在水平推力达到1 800 N时,单排桩工况中的桩体断裂,而当水平推力达到2 400 N时,双排桩工况中的后排桩首先发生断裂。研究结果验证了速凝高聚物微型抗滑桩在边坡加固中具有一定有效性和可行性。

耦合变密度地下水流降阶模型与高斯过程的蒙特卡罗模拟

变密度地下水流系统受水力梯度和密度梯度共同驱动,非线性强,数值模型计算量大,尤其在开展不确定性分析时需要的计算成本很高。常规的数据驱动机器学习方法只能对点监测信息进行模拟分析,不能模拟整个地下水流系统。本研究发展了变密度地下水流降阶模型,利用高斯过程模型对降阶模型的数值误差进行修正组成耦合模型。耦合模型既能克服高斯过程只能模拟有限监测点信息的缺陷,又能提高降阶模型对监测点信息的模拟精度。考虑二维剖面变密度地下水流案例,将渗透系数场设定为空间随机变量,采用基于全阶模型(FSMC)、降阶模型(ROMC)和耦合模型(GP-ROMC)3种蒙特卡罗模拟方法进行不确定分析。研究结果表明:(1)ROMC能替代FSMC开展不确定性分析;(2)水头和盐度的平均相对二范误差与降阶模型维度的关系可用指数函数描述(决定性系数R2≥0.99);(3)GP-ROMC对监测点信息的模拟精度比ROMC高,GP-ROMC可有效修正降阶模型误差提高蒙特卡罗模拟的精度。研究成果可为地下水建模、不确定性分析、风险评估及参数反演等工作提供重要技术支撑。

碎石土细颗粒迁移特征及优先流形成路径

碎石土是一种非连续、非均质的结构性材料,由于内部含有大量碎石块,容易形成架空结构,使其内部形成复杂独特的渗流通道即优先流通道,碎石土优先流通道是包括水分运移和土体细颗粒迁移的复杂过程,但在研究其优先流路径时通常只考虑了水分的运移而忽略了细颗粒的迁移,颗粒迁移与通道形成密切相关。为此,对两种不同级配土柱(粗细颗粒连续级配和间断级配)分别进行饱和渗流-颗粒迁移试验,从细颗粒迁移的角度分析通道形成的时空发展规律。试验结果表明:细颗粒迁移一部分由于流失引起碎石土渗透性增大,另一部分由于重新沉积而堵塞局部孔隙,降低渗透性,两者作用结果最终加速优先流通道形成;连续级配的碎石土形成大面积交叉分布的管网状渗流通道,间断级配的碎石土则形成集中渗流通道;相同水力条件下,不同级配细颗粒迁移的空间分布特征不同,连续级配的碎石土细颗粒迁移不随空间位置的差异而发生变化,间断级配的碎石土细颗粒迁移随空间位置的差异而发生变化,两种级配下碎石土细颗粒主要流失量的粒径范围均在1~0.075 mm;不同水力梯度条件下,连续与间断级配试验细颗粒流失量均随水力梯度增加而增大,间断级配的碎石土破坏时水力梯度小于连续级配破坏时水力梯度,间断级配碎石土更容易发生破坏。研究成果为进一步揭示碎石土优先流形成机理提供试验依据。

岩石峰值强度前声发射信息多指标及分形维值分析

[目的]探索岩石破坏前的声发射前兆特性可为预测岩石破坏提供依据.[方法]对花岗岩和凝灰岩岩样进行室内单轴压缩实验和多通道声发射测试,对岩样在受力变形直至峰值破裂过程中产生的声发射事件数、b、A(b)、缺震b L、破裂面总面积A(t)、声发射活动标度ΔF、声发射活动度S,以及声发射能量和事件源空间位置的分形特性等参数和指标进行分析.[结果]通过实验与分析得到了两个结果:1)b和缺震b L在岩样破坏前明显下降,出现低值异常;A(b)、声发射活动度S、声发射活动标度ΔF和破裂面总面积A(t)在岩样破坏前突然上升,出现高值异常.2)加载过程中声发射能量释放和源空间位置演化具有很好的分形特性,且空间时序比能量时序的分形特性更明显.[结论]本文引入了综合考虑“时空强”的参数和物理意义明确的统计学指标,可以很好地表征岩石破坏前的声发射特性,可为进一步对岩石破坏预测研究提供依据.

带新型复合轻质墙体的框架结构抗震性能试验

为研究某种新型装配式复合轻质墙体的抗震性能及对框架结构抗震性能的影响,通过设计制作3榀1∶2缩尺的新型复合轻质墙体框架-试件进行拟静力试验,以界面仓的注仓砂浆强度为试验参数,对结构的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、累计耗能及装配连接部位变形情况进行分析。结果表明:1)界面砂浆层的黏结使得加载后框架和轻质墙体能协同作用,加载初期框架柱和墙有相同的变形趋势;2)当加载位移角增大到1%时,交界面开裂,当位移角增大至2%时,梁柱和墙完全脱开;3)在层间位移角范围为2%~4%时的大变形阶段,轻质墙体和框架结构均产生破坏,但墙体与框架的锚钉连接未失效,墙体未发生脱落,框架承载力下降缓慢;4)砂浆强度对连接性能的影响不明显,采用M3.5砂浆注浆强度能使得复合轻质墙体连接于框架时具有适宜的刚度。

强夯碎石墩处治“山地型”软土路基的变形特征研究

为明确填方路堤荷载下强夯碎石墩的变形特征与其路堤稳定性的内在关联,针对“山地型”软土地区某高速铁路车站高填方路堤的失稳破坏现象,基于现场实测数据和三维数值分析模型,着重研究了不同位置强夯碎石墩墩体的鼓胀变形与侧向弯曲变形规律,并定义墩体鼓胀率和最大侧向弯曲值对其变形特征予以描述。研究结果表明:路堤荷载作用下不同位置的强夯碎石墩发生不同程度的鼓胀变形和侧向弯曲变形,其中鼓胀变形主要由上覆路堤荷载所产生的压缩鼓胀和路堤侧滑所产生的滑动剪切鼓胀所组成,且其最大鼓胀变形区域集中在距桩端1~2倍桩直径范围内;位于强夯碎石墩复合地基潜在滑裂面剪入口附近墩体的鼓胀率最大(0.75%),约为路堤中心处墩体鼓胀率的1.5倍,表明该处以滑动剪切鼓胀变形为主。沿路堤中心线向外不同位置的强夯碎石墩墩体的最大侧向弯曲变形的发展规律近似呈三段线模式,其中潜在滑裂面剪入口附近的17^(#)墩体为其侧向弯曲变形开始陡增的拐点,表明17^(#)与其附近墩体为控制路堤侧向变形与稳定的关键构件。路堤填筑过程中所出现数条裂缝的原因可能在于强夯碎石墩的剪切破坏而致使路堤出现整体滑移所引起的,建议在采用散体材料桩复合地基处治“山地型”软弱地基时,应配合其他加固措施以确保填方路堤的整体稳定性。