面向环境力学的离散元分析软件研发和工程应用

离散元计算分析软件对解决环境力学中的离散介质问题有至关重要的作用.针对环境灾害中的非规则颗粒单元,以圆球颗粒为基本单元,分别构造镶嵌组合单元、黏结组合单元、扩展圆盘单元和扩展多面体单元等,并在此基础上开发基于球形颗粒离散元方法的分析软件(Software of Spherical Particle-based Discrete Element Method,SDEM).该软件可模拟碎冰、岩石和道砟等颗粒材料的力学行为,能直观展现这些力学过程的发生、发展和演化;基于GPU的并行计算实现离散元大规模计算的高效性.对SDEM软件在地质灾害、工程海冰和铁路道床等领域的应用进行介绍.

寒区工程与冻融力学

从环境与生态、减灾防灾与中国 2 1世纪寒区建设实际和全球气候变化等方面进行论述 ,指出 :寒区工程学研究对象广泛 ,涉及低温环境 (0℃以下 )和冻融变化对工程建设影响的问题都属于它的研究范围 ;多年冻土向季节性冻土转化 ,冻融变化的交替作用将引发泥石流、滑塌、滑坡、冰锥等一系列灾害 ,给寒区工程和生态系统造成破坏 ;另外 ,由于人类工程活动对环境的反作用 ,也不同程度地加剧了滑塌、滑坡、地震、泥石流等灾害的发生 ;中国西部和寒冷地区蕴藏着丰富的自然资源 ,如何加快西部大开发和寒区经济建设 ,并在开发和建设中减灾防灾、改善和保护环境 ,是一个重要问题。同时 ,进一步提出作为地学、物理学与力学的交叉学科———冻融力学的概念、研究对象、研究方法和研究任务 ,指出 :冻融力学研究正温—负温环境交替变化对材料的物理、力学性质的影响 ,研究冻融灾害的规律及其预防措施 ,是一门具有很强寒区工程背景的应用学科 ;冻融力学以包括冻土 (负温或零温度状态含有冰的各种土 ,而负温下的干土称为寒土 )在内的冰水介质 (含冰含水的介质 )为研究对象。从研究对象和研究范围来看 ,冻土力学只是冻融力学的一部分 ;从研究内容来看 ,冻融力学比冻土力学要丰富得多。文末给出若干有益建议和设想。

黄土高原区地质环境特征及灾害发育类型分析——以甘肃省环县为例

结合甘肃省环县地质灾害详细调查实例,总结了黄土高原区地质灾害的发育类型,分析了区域内地质环境特征及地质灾害成因。得出以下结论:区域内地形地貌条件复杂,新构造活动强烈,广大地区为黄土所覆盖,地下水类型主要为松散岩类孔隙潜水和裂隙水;地质灾害点分布既具有普遍性又具有不均匀性,沿河谷两岸呈带状密集分布,中山区则分布较为稀疏;区域内地质灾害以滑坡、泥流、崩塌及不稳定斜坡为主,地形地貌、岩土体类型及地质构造是地质灾害形成的主要因素,地下水和植被是地质灾害形成的次要因素,降水、地震作用及人类工程活动是地质灾害形成的诱发因素;坡度对滑坡影响较为明显,20°~50°坡度区间内发生滑坡的数量较多,崩塌多发生于坡度大于70°的高陡斜坡上,泥流多发生在流域面积为0.1~5.0 km^2,沟谷坡度25°~45°,主沟纵坡比降10%~40%的沟谷内。

寒区积雪堆蚀路基的室内风洞试验研究

以寒区公路路基作为研究对象,采用麸皮作为模型雪,通过室内风洞试验研究风雪流下雪粒子的起动,以及在路基不同部位的堆积,确定雪粒子沿路基坡面的堆积区域与路基断面之间的关系。试验结果表明,雪粒子在路基坡面的堆积区域与路基沿程风雪流的运动规律、雪粒子的天然密度、路基断面型式等密切相关。当路基模型高度不大于250mm时,雪粒子在路基迎风坡面和背风坡面堆积高度随路基高度的增加而增大,随路基边坡坡率的增加而增大。当路基边坡坡率为1∶1时,雪粒子在迎风坡面上的堆积高度约为路基模型高度的57.5%,在背风坡的堆积高度为路基模型高度的79%。当边坡坡率1∶2.5时,雪粒子在迎风坡面上的堆积高度为路基模型高度的34.4%;雪粒子在背风坡的堆积高度为路基模型高度的76.7%。

珠江三角洲地区地面沉降地质灾害对公路工程的影响

珠江三角洲地区软土分布十分广泛,是我国沿海地区地面沉降较为严重的地区之一,对于公路交通工程而言这种灾害的影响表现极为明显。本文以东莞市沿海公路工程为例,分析区内地面沉降地质灾害对公路工程的危害及影响,以及防治的侧重点。

利用InSAR技术获取高寒高海拔地区高精度DEM

本文以Sentinel-1A SLC数据为原始影像,利用InSAR技术获取新疆西天山中部高寒高海拔地区小区域DEM,将获得的DEM与常用的SRTM v4 DEM和GDEMDEM进行对比分析。结果表明:利用InSAR技术处理Sentlnel-1A SLC数据可以获得分辨率为15m的高精度DEM,该DEM数据精度优于SRTM v4 DEM和GDEMDEM,能更好地描绘地表地形细节,可作为输入数据获取地面高精度形变信息,为工程建设和地质灾害评价提供重要的基础数据。此外,该方法对DEM数据的更新也具有重大意义。

石冰川形成机制、运动特征及水文效应研究进展

石冰川是含冰的舌状或叶状多年冻结地质体,广泛分布于全球范围内的高海拔和高纬度冰缘区,是多年冻土边界的重要代用指标。活动型石冰川沿山谷/坡向下缓慢蠕动,其活动性在全球变暖背景下逐渐增强,成为一种日益重要的寒区地质灾害。此外,石冰川内部含有大量冰体,是干旱与半干旱地区一种重要的淡水资源。基于国内外研究进展,将石冰川分为倒石堆型、岩屑覆盖型、冰碛型、昆仑山型,并分别讨论了不同类型石冰川的形成机制。石冰川的运动主要由多年冻土蠕变、冻胀融沉、整体前进,以及岩屑与冰的补给等过程组成,其时空变化主要受到气候条件、地形环境、内部结构,以及外力作用等多种因素的共同影响。石冰川对全球变暖的响应主要表现为地温增加引起的局部区域运动加速或失稳以及多年冻土融化导致的石冰川失活。在冰川退缩及季节性积雪持续时间缩短背景下,冰碛型石冰川表面的岩屑覆盖层作为保温隔热层,可以保护下伏冰体减缓融化,延缓和降低石冰川对气候变化的响应,成为干旱与半干旱地区一种日益重要的水资源。我国目前已有超过13511条石冰川纳入编目,总面积超过945.51 km2,但仍然十分缺乏系统性的石冰川编目及长期的现场监测和模型研究。

巫山段消落带岸坡库岸再造模式及典型案例分析

三峡库区在库水季节性升降作用下,库岸边坡形成了一段高程约为30m的消落带。消落带是库岸边坡稳定性的敏感地带。在库水升降、波浪淘蚀等其它外力作用下,消落带库岸的岩土体不断地被冲刷和搬运,从而导致库岸后退,消落带岸坡不断地进行库岸再造。根据三峡库区巫山段消落带库岸考察结果,从地质因素和环境因素两个方面对库岸稳定性影响因素进行分析总结,归纳5类易引发消落带变形破坏的致灾岩组,总结岩质岸坡存在的3种岩体结构变形特征;在对库岸再造比较明显的15例消落带岸坡典型案例分析的基础上,提出5种巫山段消落带岸坡库岸再造类型;并在巫山段消落带岸坡灾害防治典型案例分析的基础上,提出了库岸边坡地质灾害防治的要点和岸坡防护的一些建议。

基于卫星遥感的路域地质灾害监测方法

以公路为研究主体,界定了公路沿线研究区范围,构建了路域地质灾害预警监测方法体系。结合公路路域特性,选取地面高程、地形坡度、地表形变速率、降水、土地使用类型、工程地址岩组、断层分布、水系分布8种致灾因子,通过卫星遥感技术对致灾因子进行信息提取,输入至证据权重法和逻辑回归耦合模型,以获取路域范围内的地质灾害易发性计算结果,并对结果进行区域划分,确定预警监测的靶向区域。以四川省雅安至康定高速公路为实例对本文方法进行验证,结果表明,本文方法对以公路为主体的路域研究区特性有良好的数据表征作用;路域地质灾害预警监测精度较高,AUC值为0.906;该方法对公路交通基础设施防灾、抗灾工作具备一定的参考和指导意义。