大兴安岭中南段哈力黑坝岩体的年代学、地球化学及其构造拆沉作用

【研究目的】在区域地质调查基础上,本文探讨了大兴安岭中南段哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩成岩年代、岩石成因类型、源区性质及地球动力学背景。【研究方法】本文基于显微镜、XRF和(LA-)ICP-MS等手段对哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩进行了岩相学、锆石U-Pb年代学、地球化学及Hf同位素组成研究。【研究结果】哈力黑坝早白垩世花岗岩主要包括中细粒黑云母花岗岩和细粒斑状黑云母花岗岩,LA-ICP-MS锆石U-Pb定年结果分别为(139.1±0.7)Ma和(138.4±1.0)Ma。岩石主量元素具有高硅(74.09%~77.19%)、富碱(7.92%~8.46%),低CaO(0.35%~1.14%)和低MgO(0.15%~0.47%)的特征,属高钾钙碱性系列;其A/CNK值介于0.95~1.08,为准铝质—弱过铝质岩石。岩石相对富集轻稀土元素,(La/Yb)N=3.69~13.17,稀土配分模式图呈右倾海鸥型,具有较为明显的负铕异常(δEu=0.11~0.47)。岩石微量元素组成显示岩石富集Rb、U、Th、Zr、Hf等元素,强烈亏损Sr、Ba、Ti、P等元素。岩石具有高正的ε_(Hf)(t)值(+5.0~+11.2)和年轻的二阶段Hf模式年龄(408~731 Ma)。【结论】哈力黑坝岩体早白垩世花岗岩为铝质A型花岗岩,其源区主要为年轻地壳物质,并有老地壳物质的贡献,形成于伸展的大地构造背景,受控于岩石圈拆沉减薄过程。

初始含水率对膨胀性红黏土胀缩及崩解特性的影响

为研究膨胀性红黏土胀缩及崩解特性,开展了不同初始含水率下红黏土的胀缩和崩解试验,利用视频照片与扫描电子显微镜(SEM)从细微观角度分析了产生崩解差异性的原因。本文以甘肃庆阳的某高速铁路隧道红黏土为例,以5%为含水率变化梯度,研究了3%、8%、13%、18%含水率下弱膨胀性红黏土的胀缩、崩解变化及其微观机制与分维特性。结果表明:膨胀总率与含水率呈分段函数关系,含水率在11.6%时胀缩变化最小;含水率越低其崩解时间越早且速度较快,崩解裂隙度随浸水时间具有快速增长、缓慢增长、趋于稳定的规律,3%含水率时裂隙度最高可达4.6,而最大裂隙宽度则随着浸泡时间呈现先增大后减小的趋势;低含水率下较分散的凝聚体单元和较高含量的微孔隙是导致宏观结构破裂的主要原因,孔隙分形维数与含水率成二次函数正相关关系,分形维数越低其结构破裂越快、泥化程度越高,崩解也更完全。

映秀2号隧道出口高陡斜坡落石运动学模拟和危险性评估

龙门山地区频发的崩塌落石灾害严重威胁拟建都江堰至四姑娘山轨道交通(都四轨道)的建设、运营和维护。崩塌落石的运动特征研究及其危险性评估对防灾减灾具有重要意义。高陡斜坡的崩塌源往往隐蔽性强且所处环境复杂,传统的人工接触调查方式对其无法全面调查。此外,以往对落石的运动学研究多是采用可人为控制落石运动方向的二维模拟软件,主观性较强,且缺乏落石危险性的定量评估。因此,以拟建都四轨道映秀2号隧道出口高陡斜坡为例,联合现场调查和无人机航空摄影技术快速获取斜坡结构面和危岩信息;结合赤平投影法与边坡质量分级(SMR和CSMR)快速分析斜坡后壁陡崖的破坏模式和稳定性;采用三维落石模拟软件RockyFor3D模拟斜坡崩塌落石的运动特征,定量评估落石的危害范围。研究结果表明:斜坡后壁陡崖存在3处危岩体,且受3组节理控制;斜坡破坏模式主要为平面破坏P(J1)和楔形破坏W(J1-J3),斜坡后缘陡崖处于基本稳定-不稳定状态;通过模拟可知,地形控制落石运动轨迹,在坡降较大的位置,弹跳高度和最大动能呈陡增的趋势。拟建映秀大桥、国道G350、国道G213、国道G213烧火坪隧道出口处于中等危险区,映秀2号隧道出口处于低危险区。

尤路都斯盆地风吹雪成因特征及防治措施研究

风吹雪作为一种由气流挟带起分散的雪粒在近地面运行的二相流现象,在风的作用下发生迁移与重新沉积。风吹雪成灾是雪颗粒、大气流场、微地貌等因素多重作用的结果。拟建伊宁(伊)—阿克苏(阿)铁路穿越尤路都斯盆地,盆地冬春季气候寒冷,降雪量较大,地面常形成较厚的积雪,发育有风吹雪灾害,可对研究区内交通工程安全造成潜在威胁。本文以新疆天山地区尤路都斯盆地风吹雪为研究对象,通过现场气象监测、冬季雪害调查等方法对盆地内积雪与风吹雪特征进行研究。进而以受风吹雪影响较大的拟建铁路阿尔先段为例,系统分析该区段风吹雪成因特征及其工程防治措施。研究发现尤路都斯盆地风吹雪宏观孕灾背景主要是受西伯利亚寒流和蒙古高压的影响,冷空气使盆地产生强劲西北向大风。低温和较低的湿度使得积雪能够以较低密度的形式持续存在,进而在较低风速下启动形成风吹雪。通过拟建铁路阿尔先段典型路堑工程数值模拟研究,得出积雪平台宽度宜设置为5m,下导风板与水平面夹角设为90°,下导风口高度设置为1.6m,下导风板板高设置为5m。研究成果可为寒区交通建设防灾减灾提供有益借鉴。

新疆天山伊阿铁路区域雪崩易发性与潜在释放区识别对比研究

准确识别雪崩潜在释放区或雪崩高易发区域对高寒山区工程建设减灾防灾意义重大,特别是在雪崩监测数据缺失地区,能够提供重要的区域性灾害风险预估参考。本文以新疆天山地区伊阿铁路沿线区域为例,将铁路沿线154个雪崩范围形成区作为评价样本,开展基于机器学习算法的雪崩易发性评价,构建新疆天山地区伊阿铁路沿线雪崩易发性评价体系;开展基于数据叠加的雪崩潜在释放区(PRA)识别,绘制伊阿铁路沿线雪崩潜在释放区分布图,并对两个结果通过Kappa系数和AUC值进行检验,并对比讨论。结果显示,支持向量机(SVM)、多层感知器(MLP)、PRA的Kappa系数分别为0.806、0.774、0.600;AUC值分别为0.993、0.961、0.802,机器学习算法在雪崩易发性评价中的表现优于传统的基于数据叠加的雪崩潜在释放区识别算法;两种机器学习算法模型均精度高,其中支持向量机(SVM)算法表现最佳,优于多层感知器(MLP),评价结果比较符合野外雪崩发育实际情况,可为高寒山区重大工程建设的雪崩防灾减灾工作提供基础的科学依据;雪崩潜在释放区的自动识别算法评价能力较弱,评价结果基本符合野外雪崩发育实际情况,对于缺乏可用数据的高寒山区具有评价意义。

黑色页岩水岩化学作用实验研究

水岩作用是黑色页岩化学风化的重要途径,并与岩体矿物组分、工程性质及地质环境有着密切的联系。利用自制的流通实验装置对取自三江县团结电站附近的寒武系清溪组黑色页岩与富含溶解氧去离子水的化学反应进行试验模拟研究,并利用离子分析仪、电感耦合等离子体质谱仪对反应后溶液离子浓度进行分析,使用扫描电子显微镜观察反应前后岩样微观特征,结合岩样渗透系数的变化监测,对岩样中黄铁矿氧化动力学速率以及受黄铁矿氧化影响形成的酸性环境下硅元素释放速率进行计算分析。结果表明,黄铁矿氧化行为使得岩体渗透率降低约70%,在黑色页岩自身矿物化学组分和岩石物理性质的共同影响下,所含黄铁矿氧化速率与纯黄铁矿颗粒的氧化速率非常接近,同时黄铁矿氧化形成的酸性溶液可溶蚀岩体中石英和伊利石,由于两者含量未能精确测定,因此所测得硅元素释放速率仅表示两者溶解的总反应速率。

成都砂卵石地层双线隧道Peck公式参数取值研究

基于成都地铁开挖引起地表沉降的大量实测数据,结合成都市砂卵石地层性质,在正常盾构工况下,运用Peck公式对各典型断面实测数据进行位移反分析,得出沉降槽宽度系数i和地层损失率η。深入分析公式中沉降槽宽度i,地层损失率η与隧道埋深及地层物理力学性质相关性,并得出适应于该地层下的Peck公式参数与隧道埋深及地层性质的关系公式和Peck公式参数取值范围。运用沉降叠加原理,建立正常工况下,砂卵石地层双线平行盾构开挖地表沉降预测公式,并与成都其它砂卵石区域盾构开挖地表沉降实测数据进行比较,通过实例验证其适用性。研究结果可为今后成都市及其它地区相似地层下地铁建设提供参考和依据。

大巴山早寒武世黑色岩层稀土元素特征及沉积环境分析

为了探讨大巴山早寒武世黑色岩层的稀土元素特征及古沉积环境,采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）对大巴山城巴断块内的水井沱组黑色岩层的稀土元素及V、Ni、Cr、U、Th、Zn、Co等微量元素质量分数进行了测定,并与前人研究的鲁家坪组黑色岩层进行了对比分析。研究结果表明,城巴断块内的黑色岩层轻稀土元素相对重稀土元素富集,Ce异常值δCeN为0.47~0.94（平均值0.69）,δCeS为0.46~0.91（平均值0.67）呈负异常,Eu异常值δEuN=0.27~1.03（平均值0.57）,δEuS=0.42~1.57（绝大多数小于0.87）,δEu基本呈现负异常;U/Th比值为2.52~67.51,Sr/Cu比值为5.83~27.96,V/（V＋Ni）比值为0.65~0.98,V/Cr比值为1.35~17.79及δU值为1.77~1.99,结合REE的北美页岩标准化曲线、La-Ce图解、Zn-Ni-Co三角图解及La/Yb-REE判别图解的分析表明,大巴山城巴断块内的早寒武世黑色岩层沉积时所处的古气候为干热型气候,黑色岩层形成于被动大陆边缘的缺氧浅海陆棚-斜坡过渡带的沉积环境,且明显受到热液作用的影响。

黑色页岩化学风化过程的微观机制及演化

针对黑色页岩化学风化系统的复杂系统演化问题,通过X射线衍射(XRD)试验、扫描电子显微镜和X射线能谱(SEM-EDS)试验,从风化过程的微观结构变化和非平衡热力学过程出发,对黑色页岩化学风化剖面中不同风化层的矿物成分和微观结构变化进行对比分析,探讨黑色页岩化学风化的微观机制,同时利用非平衡态热力学理论和耗散结构原理分析黑色页岩化学风化系统的耗散结构的形成过程及化学风化演化规律。研究表明:在黑色页岩化学风化过程中酸性水的侵蚀作用下,易溶性矿物溶解、次生矿物生成及离子交换吸附作用,促使矿物成分发生转变;同时矿物颗粒间的连接方式发生了改变,也促使岩石内部产生大量微孔隙。黏土矿物和含水硫酸盐矿物的吸水膨胀及失水收缩过程,使岩石内部产生不均匀应力,进一步改变岩石内部的微孔隙,促进化学风化进程。黑色页岩化学风化系统是一个开放的复杂系统,利用非平衡热力学计算认为该系统是不可逆过程,且经历了近平衡阶段和远离平衡阶段,最终可形成具有一定稳定性的耗散结构。

侵蚀性环境水形成与地下水运动特征的关系研究

侵蚀性环境水的形成及其侵蚀能力不仅与岩石组分密切相关，而且与地下水在岩层中的运动特征有关。地下水的渗透速度影响着其与岩石的反应速度，而地质构造、岩层厚度、岩石破碎程度及地下水的补给状况等则是影响地下水运动的重要因素。本文就地下水在岩层中的运动过程、反应过程及影响因素进行了分析研究，通过对乐所２号隧道混凝土腐蚀状况的分析，弄清了工程建筑物周围地质状况及地下水运动规律，对混凝土腐蚀机理研究、腐蚀程度评价有着重要的意义。

基于GOCAD的成都地铁声波参数可视化应用研究

利用GOCAD软件的参数建模功能,将成都地铁某段线路沿线声波测试法测得的各层岩土体的纵、横波传播速度作为区域化随机变量进行属性地质模型的构建,沿地铁走向建立的三维地质模型不仅可以体现沿线地层空间分布规律特征,而且可以直观展现出地质体的动弹性力学特性,实现了地质体空间结构展布与力学特征的结合和可视化,并且通过GOCAD软件提供的地质统计分析方法来预测模型中任意点的参数值,更有助于观察声波参数在研究区域内的变化趋势,可简捷高效对地铁沿线建筑土类型及场地级别进行划分,从而方便工程设计人员更加便捷详细地获得直观、准确的工程地质信息。

水泥砂浆酸性侵蚀试验研究 Ⅰ非流动酸性水侵蚀试验

从现场调查资料与区域地质地理特征看，酸性水环境是混凝土建筑物的常见工程环境．由于对酸性水侵蚀作用特征及其机制的认识不足，导致了在国内外的混凝土的标准或规范中，侵蚀性环境水的分类及分类指标存在许多问题，故系统地研究酸性侵蚀作用意义重大．本文主要给出非流动的水动力条件下酸性水侵蚀试验的浸液ｐＨ值与时间的关系，以及体系侵蚀反应的平衡分析．

考虑土水特性的非饱和土地基沉降特性数值分析

针对合肥地区某非饱和土铁路地基,通过室内试验得到净竖向应力为屈服应力时,不同基质吸力的含水量,基于Matlab对试验数据进行模型拟合,得到基于Van-Genuchten模型的土水特征关系,将所得到的土水特征关系应用到数值模拟软件Midas/GTS中,分析铁路非饱和土地基在路堤荷载下的沉降特性,路堤填筑完成3个月后,将地基表面的沉降实测值与数值模拟值进行比较分析。结果表明:非饱和地基土的有效应力呈弧形分布,随着深度的增加,应力逐渐减小,最大值出现在地基表面;非饱和地基土的竖向沉降呈现中间大,两头小的现象,地基中心的沉降大于两侧;随着深度的增加,地基中心处的沉降值逐渐减小,但是两侧的沉降略有增加,这和常规饱和地基土的沉降规律不一样;地基土固结3个月后,地基表面的沉降分析值和实测值比较接近,最大误差不超过5%。

考虑屈服应力的非饱和土土水特征曲线研究

利用非饱和土固结仪进行控制基质吸力条件下,净竖向应力逐渐增大的固结试验,得到不同基质吸力条件下土体的屈服应力;进行净竖向应力为屈服应力时,不同基质吸力条件下的固结试验,通过对试验过程中排出水量的测试,计算出不同基质吸力条件下的稳定含水率,进而得到屈服应力条件下土体的土水特征曲线;利用土体孔隙分布的分形模型对土水特征曲线进行拟合。研究结果表明:屈服应力是影响非饱和土土水特征曲线的重要因素,屈服应力下土水特征曲线明显分为3个区段;同时,屈服应力下土水特征曲线具有良好的分形特性。

基于位移控制的装配式预应力鱼腹梁深基坑应用研究

基于基坑实测数据,从预应力控制、变形控制和刚度控制3个方面研究装配式预应力鱼腹梁支撑体系(IPS)的工作机理及环境影响程度。结果表明:相比于传统内支撑,IPS作用时施加于围护结构上的预应力在基坑开挖前充分激发被动土压力,使围护结构向坑外变形从而大幅制约向内位移,实测数据显示围护结构整体深层位移小于10mm;同时,IPS以施加预应力提高体系表观刚度的方式限制基坑周边变形,实测地表沉降量均未超过18mm,降低基坑开挖对环境的影响程度;另外,针对传统内支撑应力集中缺陷,IPS通过支撑体系全跨度反作用力予以克服,显示出IPS在深基坑工程中较为广阔的应用前景。

岩石风化与岩石化学成分的变化研究

研究岩石风化过程中岩石化学成分的变化规律 ,对于进一步研究岩石的风化机理以及岩石的物理力学性质变化过程有着十分重要的意义。本文通过对湘西地区陡山沱组黑色岩石不同风化程度的化学成分分析研究表明 ,岩石中的化学成分将随风化的进行而不断发生变化 ,在一定程度上反映了陡山沱组黑色岩石风化过程中其化学成分的变化趋势。

微型桩群加固边坡受力特性离心模型试验研究

采用黏土为边坡介质,土压力盒、位移计、应变片等为测试手段,进行了裸坡与微型桩群加固边坡的离心模型试验,研究微型桩群加固边坡的受力机理。试验结果表明,加桩边坡模型的坡面水平位移远比裸坡模型小,且桩间距越小,坡面水平位移越小。加桩模型中第1排桩桩侧土压力随时间逐渐减小,土压力总体上沿深度方向逐渐增大,第2排桩桩侧土压力时程曲线与第1排桩土压力的时程曲线有一定的相似性;试验开始阶段,坡体产生的土压力第2排桩承担比例较第1排桩大,随着试验的进行,第1排桩承担比例会逐渐增大,试验结束时,桩间距为2.0cm模型中第1排桩与第2排桩的土压力分担比为1∶0.8,桩间距为3.0 cm模型中第1排桩与第2排桩的土压力分担比为1∶0.6,且桩间距越大,第1排桩所承担的土压力越大。桩体上各测点弯矩随时间呈复杂的非线性关系,弯矩数值由正值单调减小为负值,弯矩变化的梯度随时间减小;第1排桩桩身正弯矩最大值出现在9.5 cm附近,负弯矩最大值出现在底部的12.5 cm位置;第2排桩桩身正弯矩最大值出现在7.5 cm附近,负弯矩最大值出现在5.0cm附近;第1、第2两排桩在5.0～10.0 cm深度区间内由于边坡内土体滑动带的影响,造成弯矩变化剧烈。研究结果可为微型桩的设计提供一定的科学依据。

降雨对绿化边坡客土稳定性的影响

通过建立降雨条件下边坡客土的破坏模型,研究了边坡绿化过程中降雨对边坡客土稳定性的影响.分析表明,边坡客土的稳定性与降雨特征、边坡坡度、坡面特征、土体特性及土体厚度有较大关系.对于坡度较大的边坡,客土厚度不宜过大,以保持土体的稳定.

深大宽张裂隙条件下岩质桥基边坡稳定性分析

某拟建桥位附近地层移动造成桥基岸坡岩体中部分节理面发育成深大宽张裂隙,此类卸荷裂隙往往影响桥基位置的选择,也是桥基荷载下边坡稳定性分析的重点。在现场勘察的基础上,采用赤平投影法分析节理岩体稳定性,确定岩体质量指标,用经验公式结合岩体中宽张裂隙位置确定并修正桥基安全距离。运用离散元和有限元数值模拟深大宽张裂隙及桥基荷载条件下边坡岩体的破坏模式及应力情况,综合分析并验证提出的在安全距离位置桥基荷载条件岸坡的稳定性。研究结果表明,由于裂隙的存在,荷载对裂隙坡前岩体影响不大,但宽张裂隙底部是高应力集中区,将可能导致裂隙再次破坏。在建议的桥位下荷载应力对边坡岩体影响下,桥墩基础是安全的。

桂北地区寒武系黑色页岩化学风化特征

以桂北地区广泛分布的寒武系清溪组黑色页岩为对象，采集该区的黑色页岩和风化产物及酸性环境水，对岩样的矿物与化学成分、微观结构特征及酸性水的水化学特征进行分析，探讨该区黑色页岩的化学风化强度和风化产物的形成条件及其共生序列。研究结果表明：在桂北地区气候条件影响下，富含黄铁矿等硫化矿物的清溪组黑色页岩整体处于中等化学风化程度，并且其风化过程导致周围环境水的严重酸化（pH为2～3），还生成白铁矾、叶绿矾和黄钾铁矾等次生有害矿物。因此，在酸性水和次生膨胀性硫酸盐的共同作用下，黑色页岩发育区的岩体工程性质将极度弱化。